WO2004019133A2 - Verfahren zum bilden einer maskierschicht auf einem substrat - Google Patents

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WO2004019133A2
WO2004019133A2 PCT/DE2003/002471 DE0302471W WO2004019133A2 WO 2004019133 A2 WO2004019133 A2 WO 2004019133A2 DE 0302471 W DE0302471 W DE 0302471W WO 2004019133 A2 WO2004019133 A2 WO 2004019133A2
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    • H10B12/0385—Making a connection between the transistor and the capacitor, e.g. buried strap

Definitions

  • the present invention relates to a method for forming a masking layer on a substrate with a structural element comprising at least one side wall for masking a physical or chemical process, the structural element being raised on or recessed in the substrate.
  • Masking layers are used in the field of semiconductor production in order to prepare a subsequent chemical or physical process by means of surfaces defined in lithographic projection. Such processes can be, for example, an etching process by which a structure is to be etched into an underlying layer in an isotropic or anisotropic manner. Etching steps can be carried out in chemical, physical or mixed processes.
  • Masking layers are also used for the implantation of semiconductor materials for doping layers.
  • the masking layers serve to dope only certain, selected areas.
  • masking layers are usually removed again.
  • masking layers are photosensitive, organic lacquers, which are structured directly in a lithographic projection step with subsequent development.
  • hard masks are also possible, which consist of a material which can be removed in a highly selective manner in relation to another material in an etching process and which are structured indirectly via the intermediate step of forming a photosensitive lacquer mask. Due to the requirement to achieve particularly high densities of structure arrangements on a semiconductor substrate, as is generally the case with semiconductor products, structure elements are often formed asymmetrically on the substrate in order to achieve, for example, electrical contacts or insulation to neighboring structure elements, where possible space-saving.
  • SSSF single sided strap formation
  • trenches have a lateral extent, which are often in the range of the minimum structural widths that can be achieved with an exposure device, lithographic process control is particularly difficult on only one side of the trench.
  • the structuring problems that arise can be avoided by introducing a further mask level.
  • this is not always feasible.
  • the object is achieved by a method for forming a masking layer on a substrate with a structural element comprising at least one side wall for masking a physical or chemical process, the structural element being formed on or recessed in the substrate, comprising the steps: providing the substrate with a surface and the structural element, depositing a layer of one or more materials from the group comprising carbon, sulfur, phosphorus, photosensitive lacquer, PMMA, onto the substrate so that the structural element is essentially covered by the material, adjusting a first light source relative to the Substrate, so that a light beam generated by the light source strikes the surface of the substrate at an oblique first angle, which is different from 90 °, first exposure of the layer of organic material by means of the adjusted light source, so that part of the layer on the v on the first side wall facing away from the light source remains unexposed in a shadow area of the structural element, removing the exposed layer outside the shadow area so that the unexposed part of the layer remains as a masking layer, performing the subsequent physical or chemical process
  • an asymmetrical formation of a structure in a chemical or physical process is achieved by the lithography step itself, i.e. the exposure is carried out at an oblique angle of incidence on the substrate with the structural element.
  • a structural element has at least one side wall, so that a shadow is cast on or next to the side wall of the structural element facing away from the light source.
  • the structural element is raised on the substrate.
  • the side wall of the structural element facing away from the light source leads to a shadow cast on the substrate. Accordingly, a room area next to the raised structural element remains unexposed.
  • the structural element is recessed in the substrate.
  • the side wall facing away from the light source leads to a shadow cast within the structural element, so that, for example, the bottom of the recess and the lower region of the recessed element are shaded.
  • this layer is exposed in the area defined by the oblique illumination, while it remains unexposed in the shadow areas mentioned.
  • the layer in the exposed areas can be removed after chemical conversion, so that the previously unchanged layer remains in the unexposed areas. If there is selectivity to a chemical or physical process, this is thus available as a masking layer. This process can now be carried out, in particular, in normal form perpendicular to the substrate without additional lithography steps being necessary for an asymmetrical formation of the structural element.
  • a photosensitive layer is subject to a change in its chemical properties when exposed to light.
  • these can be chemical conversion processes or specifically light-induced combustion.
  • the masking layer is attached to the side wall facing away from the light source. ben the structural element formed. A region lying next to the structural element can thus be masked from a subsequent chemical or physical process, for example an implantation.
  • the recessed structural element for example a trench in the substrate, which has trench inner walls
  • the masking layer is formed inside the trench on the side wall facing away from the light source as a trench inner wall.
  • the trench inner wall of the trench opposite the side wall is exposed at least in an upper region, the size of which depends on the angle of incidence of the radiation. This results in an asymmetrical formation of the masking layer within the trench, so that the subsequent chemical or physical process acts asymmetrically on the inner walls of the trench. This also applies if the subsequent process acts on the substrate and the trench from a vertical direction.
  • substrate is to be understood such that underlying layers on which or in which the structural element is formed are also included.
  • the method according to the invention can also be applied to a trench in an insulating layer which is arranged in a layer sequence above a monocrystalline silicon substrate.
  • carbon is used as the photosensitive layer.
  • the carbon is preferably applied to the substrate as an amorphous layer and is burned in the exposed areas by irradiation with sufficiently high energy.
  • carbon in the form of graphite, fullerenes, etc.
  • Other materials combustible with the addition of combustion gases such as oxygen, fluorine, hydrogen, etc. to volatile gases such as sulfur, phosphorus, etc. can also be used according to the invention for the deposition to form a masking layer.
  • the combustion gases are removed from the process chamber in which the exposure is carried out, essentially without residues.
  • oxygen is used as the process gas with which the carbon is burned.
  • the oxygen can be in any form, according to a preferred embodiment as atmospheric oxygen.
  • the light source is one with sufficient, ie. H. used to activate the oxidation process necessary photon energy.
  • the wavelength should preferably be in the UV wavelength range.
  • a light source with 248 nm represents a preferred embodiment, since corresponding light sources are frequently used in semiconductor lithography and are therefore tried and tested.
  • a photosensitive organic lacquer such as the chemically amplified resist layer (CARL)
  • CARL chemically amplified resist layer
  • a photosensitive lacquer it should be noted that compared to the advantageous combustion of the amorphous carbon, an additional developer step to remove the paint in the exposed areas is necessary.
  • the particular advantage of the present invention is that the exposure can be carried out as a self-aligned process.
  • the division into exposed and unexposed areas on the substrate is caused by shadowing of the side walls. It is therefore not necessary to use a mask for the exposure.
  • the light source should throw a directed light beam, preferably a parallel beam, onto the substrate.
  • the light source can also be a laser or an ion / electron beam source, which only scans sections on the substrate.
  • FIG. 1 shows a sequence of process steps according to the invention for forming a one-sided strap contact
  • FIG. 2 shows a further sequence of process steps according to the invention for one-sided doping of a gate connection.
  • FIG. 1 A first exemplary embodiment of the present invention is shown in FIG. 1.
  • a one-sided contact for the electrical connection of a trench capacitor is to be formed on the substrate, for example on a planar selection transistor (not shown in FIG. 1).
  • Figure la shows a trench capacitor 3, 62, which is formed in a substrate 5.
  • the trench capacitor 62 has a capacitor dielectric 61 and an electrically conductive filling 60 in a lower and a middle region.
  • a layer 20 of amorphous carbon is formed on the substrate 5, which comprises, for example, monocrystalline silicon. The thickness of the layer 20 is selected such that the upper region of the trench 62 inside the opening 68 formed by the insulation collar 63 is completely filled with amorphous carbon.
  • a chemical-mechanical polishing step 105 planarizes the surface of the layer 20 comprising amorphous carbon and thins it to such an extent that the layer 20 on the horizontal surface 51 of the substrate 5 is removed. However, this step is not absolutely necessary.
  • FIG. Ib The result is shown in FIG. Ib.
  • the amorphous carbon is burned to form carbon dioxide with the oxygen supplied at the same time, and this is removed from the process chamber.
  • a shadow region 10 is formed on the side wall 1, in which the layer 20 remains as an unexposed part 21.
  • An anisotropic etching step 100 is then carried out, which selectively removes the oxide of the insulation collar 63 with respect to the silicon of the substrate 5 and the unexposed amorphous carbon 20 (FIG. 1d).
  • the trench inner wall 1 'of the substrate opposite the side wall 1 is now exposed.
  • a second exposure 111 is carried out, which burns the layer 20 with the unexposed part 21 of the amorphous carbon.
  • the angle of incidence ⁇ 'of the second exposure is preferably chosen to be 90 ° relative to the substrate so that the carbon is used without residue. is burned.
  • Another possibility for carbon removal is the paint strip in the oxygen plasma.
  • the upper region 68 of the trench can now be filled with an electrically conductive filling 69, for example doped polysilicon, a contact 66 being formed on one side in the substrate on the inner trench wall of the trench capacitor 62 in an out-diffusion process.
  • an electrically conductive filling 69 for example doped polysilicon
  • a contact 66 being formed on one side in the substrate on the inner trench wall of the trench capacitor 62 in an out-diffusion process.
  • a cover 70 which is formed, for example, from an oxide, is arranged on the conductive filling 69.
  • a second exemplary embodiment is shown in FIG. 2.
  • a gate contact 50 comprising a gate oxide 51, a layer of electrically conductive polysilicon layer 52, a layer of tungsten silicide 53 and a nitride cap 54 are arranged on the substrate 5.
  • the gate connection 50 has oxide spacers 55 on the side.
  • a layer of material 20 comprising amorphous carbon is arranged on the substrate 5 and the gate connection 50, so that the gate conductor track 50 is completely covered.
  • the layer 20 is backplanarized to such an extent that the nitride cap 54 of the gate conductor 50 is exposed.
  • light is z. B. the wavelength 365 nm at an angle a of 50 ° onto the surface of the layer 20 ( Figure 2b).
  • the amorphous carbon burns with supplied oxygen to form carbon dioxide outside of a shadow region 10, which is formed by one of the side walls of the gate connection 50 formed by an oxide spacer due to the oblique angle of incidence ce of the radiation 110.
  • a substrate area next to a second side wall 2 of the gate connection 50 opposite the side wall 1 is doped (FIG. 2c).
  • a lacquer strip or a second exposure step 111 which is carried out perpendicular to the surface of the substrate, the rest of the layer 20 is burned to form carbon dioxide with the addition of oxygen and thus removed (FIG. 2d).

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Abstract

Ein Verfahren zum Bilden einer Maskierschicht auf einem Substrat (5) mit einem wenigstens eine Seitenwand (1) umfassenden Strukturelement (3, 62) zur Maskierung eines physikalischen oder chemischen Prozesses (100), wobei das Strukturelement (3, 62) erhaben auf oder vertieft in dem Substrat (5) gebildet ist, umfaßt die Schritte: Bereitstellen des Substrats (5) mit einer Oberfläche und dem Strukturelement (3, 62), Abscheiden einer Schicht (20) eines unter Lichteinfluß chemisch umwandelbaren Materials, beispielsweise amorphen Kohlenstoffs, auf das Substrat (5), so daß das Strukturelement (3, 62) von dem Material im wesentlichen bedeckt ist, Einstellen einer ersten Lichtquelle relativ zum Substrat, so daß ein durch die Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl (110) unter einem schrägen ersten Winkel (α) auf die Oberfläche des Substrats (5) trifft, welcher von 90 Grad verschieden ist, Erstes Belichten der Schicht (20) mittels der eingestellten Lichtquelle, so daß ein Teil (21) der Schicht an der von der Lichtquelle abgewandten ersten Seitenwand (1) in einem Schattenbereich des Strukturelementes (3, 62) unbelichtet bleibt, Entfernen der belichteten Schicht (20) außerhalb des Schattenbereiches, so daß der unbelichtete Teil (21) der Schicht (20) als Maskierschicht (10) zurückbleibt, Durchführen des nachfolgenden physikalischen oder chemischen Prozesses (100).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Bilden einer Maskierschicht auf einem Substrat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden einer Maskierschicht auf einem Substrat mit einem wenigstens eine Seitenwand umfassenden Strukturelement zur Maskierung eines physikalischen oder chemischen Prozesses, wobei das Strukturelement erhaben auf oder vertieft in dem Substrat gebildet ist.
Maskierschichten werden im Bereich der Halbleiterherstellung verwendet, um mittels in lithographischer Projektion definierter Flächen einen nachfolgenden chemischen oder physikalischen Prozeß vorzubereiten. Bei solchen Prozessen kann es sich beispielsweise um einen Ätzprozeß handeln, durch welchen in isotroper oder anisotroper Weise eine Struktur in eine unterliegende Schicht eingeätzt werden soll. Ätzschritte können in chemischen, physikalischen oder auch gemischten Verfahren durchgeführt werde .
Maskierschichten werden aber auch für den Einsatz im Bereich der Implantation von Halbleitermaterialien zur Dotierung von Schichten verwendet. Die Maskierschichten dienen dazu, nur bestimmte, ausgewählte Bereiche zu dotieren.
Nach Durchführung des chemischen oder physikalischen Prozesses werden die Maskierschichten üblicherweise wieder entfernt. Beispiele von Maskierschichten stellen fotoempfindliche, organische Lacke dar, welche unmittelbar in einem lithographischen Projektionsschritt mit anschließender Entwicklung strukturiert werden. Es kommen aber auch sogenannte Hartmasken in Betracht, welche aus einem gegenüber einem anderen Material in einem Ätzprozeß hochselektiv entfernbaren Material bestehen und mittelbar über den Zwischenschritt der Bildung einer fotoempfindlichen Lackmaske strukturiert werden. Aufgrund des Erfordernisses, besonders hohe Dichten von Strukturanordnungen auf einem Halbleitersubstrat zu erreichen, wie dies im allgemeinen bei Halbleiterprodukten der Fall ist, werden Strukturelemente auf dem Substrat oftmals asymmetrisch ausgebildet, um beispielsweise elektrische Kontakte bzw. Isolation zu benachbarten Strukturelementen zu erreichen, wobei dies möglichst platzsparend erfolgen soll. Ein Beispiel stellt die sogenannte „single sided strap formation" (SSSF) zur Anbindung eines Grabenkondensators an einen plana- ren Auswahltransistor beziehungsweise eines Grabenkondensator mit einem vertikalen Transistor dar. Dabei ist ein einseitiger Kontakt in dem Graben zu bilden, während auf den komplementären gegenüberliegenden Seiten der Grabeninnenwand Isolationsschichten beziehungsweise -kragen zur Isolierung von benachbarten Gräben einzurichten sind.
Da solche Gräben eine laterale Ausdehnung besitzen, welche oftmals im Bereich der minimal mit einem Belichtungsgerät erzielbaren Strukturbreiten liegen, stellt sich eine lithographische Prozeßführung auf nur einer Seite des Grabens besonders schwierig dar.
Teilweise können die dabei entstehenden Strukturierungspro- bleme durch die Einführung einer weiteren Maskenebene umgangen werden. In einigen Fällen ist es auch möglich, eine sogenannte Schrägimplantation, eine Implantation, welche unter einem schrägen, von 90 Grad verschiedenen Winkel durchgeführt wird, zu benutzen. Dies ist aufgrund von hohen Aspektverhältnissen aber nicht immer durchführbar.
In jedem Falle, besonders bei der Einführung einer neuen Maskenebene, werden erhebliche Kosten generiert.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, bei dem auf einem Substrat gebildete Strukturelemente mit asymmetrischen Eigenschaften physikalischer oder chemischer Art ausgebildet werden können, wobei eine verringerte Zahl von Prozeßschritten notwendig ist und der Kosten- und Zeitaufwand für die Durchführung des Prozesses reduziert wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bilden einer Maskierschicht auf einem Substrat mit einem wenigstens eine Seitenwand umfassenden Strukturelement zur Maskierung eines physikalischen oder chemischen Prozesses, wobei das Strukturelement erhaben auf oder vertieft in dem Substrat gebildet ist, umfassend die Schritte: Bereitstellen des Substrats mit einer Oberfläche und dem Strukturelement, Abscheiden einer Schicht eines oder mehrerer Materialien aus der Gruppe umfassend Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Photoempfindlicher Lack, PMMA, auf das Substrat, so daß das Strukturelement von dem Material im wesentlichen bedeckt ist, Einstellen einer ersten Lichtquelle relativ zum Substrat, so daß ein durch die Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl unter einem schrägen ersten Winkel auf die Oberfläche des Substrats trifft, welcher von 90° verschieden ist, erstes Belichten der Schicht des organischen Materials mittels der eingestellten Lichtquelle, so daß ein Teil der Schicht an der von der Lichtquelle abgewandten ersten Seitenwand in einem Schattenbereich des Strukturelementes unbelichtet bleibt, Entfernen der belichteten Schicht außerhalb des Schattenbereiches, so daß der unbelichtete Teil der Schicht als Maskierschicht zurückbleibt, Durchführen des nachfolgenden physikalischen oder chemischen Prozesses.
Dem Verfahren zufolge wird eine asymmetrische Ausbildung einer Struktur in einem chemischen oder physikalischen Prozeß erreicht, indem der Lithographieschritt selbst, d.h. die Belichtung unter einem schrägen Einfallswinkel auf das Substrat mit dem Strukturelement ausgeführt wird. Unter dem schrägen Einfallswinkel weist ein Strukturelement wenigstens eine Seitenwand auf, so daß auf oder neben der der Lichtquelle abgewandten Seitenwand des Strukturelementes ein Schattenwurf entsteht .
Hierbei sind zwei Fälle zu unterscheiden: 1. Das Strukturelement ist erhaben auf dem Substrat gebildet. In diesem Fall führt die von der Lichtquelle abgewandte Seitenwand des Strukturelementes zu einem Schattenwurf auf dem Substrat. Es bleibt demnach ein Raumbereich neben dem erhabenen Strukturelement unbelichtet.
2. Das Strukturelement ist vertieft im Substrat gebildet. In diesem Fall führt die von der Lichtquelle abgewandte Seitenwand zu einem Schattenwurf innerhalb des Strukturelementes, so daß beispielsweise der Boden der Vertiefung sowie der untere Bereich des vertieften Elementes abgeschattet werden.
Durch Aufbringen einer fotoempfindlichen, d.h. unter Lichteinfluß verbrennbaren oder chemisch umwandelbaren Schicht auf das Substrat und das Strukturelement wird diese Schicht in dem durch die schräge Beleuchtung definierten Bereich belichtet, während sie in den genannten Schattenbereichen unbelichtet bleibt. In den belichteten Bereichen kann die Schicht nach einer chemischen Umwandlung entfernt werden, so daß in den unbelichteten Bereichen die bis dahin unveränderte Schicht zurückbleibt. Diese steht somit bei vorhandener Selektivität gegenüber einem chemischen oder physikalischen Prozeß als Maskierschicht zur Verfügung. Dieser Prozeß kann nun insbesondere in gewöhnlicher Form senkrecht zum Substrat ausgeführt werden, ohne daß zusätzliche Lithographieschritte für eine asymmetrische Ausbildung des Strukturelementes notwendig wären.
Eine fotoempfindliche Schicht unterliegt einer Änderung ihrer chemischen Eigenschaften unter Einstrahlung von Licht . Es kann sich hier allgemein um chemische Umwandlungsprozesse oder auch speziell um eine licht-induzierte Verbrennung handeln.
Im Falle des erhabenen Strukturelementes wird die Maskierschicht an der von der Lichtquelle abgewandten Seitenwand ne- ben dem Strukturelement gebildet. Ein neben dem Strukturelement liegender Bereich kann somit gegenüber einem nachfolgenden chemischen oder physikalischen Prozeß maskiert werden, beispielsweise einer Implantation. Im Falle des vertieften Strukturelements, etwa eines Grabens in dem Substrat, welcher Grabeninnenwände aufweist, wird die Maskierschicht innerhalb des Grabens an der von der Lichtquelle abgewandten Seitenwand als Grabeninnenwand gebildet. Insbesondere wird dadurch die der Seitenwand gegenüberliegende Grabeninnenwand des Grabens zumindest in einem oberen Bereich, dessen Größe von dem Einfallswinkel der Bestrahlung abhängt, belichtet. Somit kommt es zu einer asymmetrischen Ausbildung der Maskierschicht innerhalb des Grabens, so daß der nachfolgende chemische oder physikalische Prozeß asymmetrisch auf die Grabeninnenwände einwirkt. Dies gilt auch dann, wenn der nachfolgende Prozeß aus senkrechter Richtung auf das Substrat und dem Graben einwirkt .
Hierbei ist nicht ausgeschlossen, daß auch der nachfolgende Prozeß unter einem schrägen Einfallswinkel ausgeführt werden kann. Insbesondere können sich hierbei weitere vorteilhafte Kombinationen von Einfallswinkeln ergeben.
Der Begriff "Substrat" ist derart zu verstehen, daß auch unterliegende Schichten auf welchen oder in denen das Strukturelement gebildet ist, eingeschlossen sind. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf einem Graben in einer isolierenden Schicht angewendet werden, welche sich in einer Schichtfolge oberhalb eines monokristallinen Siliziumsubstrates angeordnet ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird als fotoempfindliche Schicht Kohlenstoff eingesetzt. Vorzugsweise wird der Kohlenstoff als amorphe Schicht auf das Substrat gebracht und durch eine Bestrahlung mit hinreichend großer Energie in den belichteten Bereichen zur Verbrennung gebracht. Es ist aber auch möglich, den Kohlenstoff etwa in Form von Graphit, Fullerenen, etc. aufzubringen. Auch andere, unter Zuführung von Verbrennungsgasen wie Sauerstoff, Fluor, Wasserstoff, etc., zu flüchtigen Gasen verbrennbare Materialien wie Schwefel, Phosphor, etc. sind erfindungsgemäß für die Abscheidung zur Bildung einer Maskierschicht einsetzbar. Die Verbrennungsgase werden aus der Prozeßkammer, in welcher die Belichtung durchgeführt wird, im wesentlichen rückstandsfrei abgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird als Prozeßgas, mit welchem der Kohlenstoff verbrannt wird, Sauerstoff verwendet . Der Sauerstoff kann in beliebiger Form vorliegen, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als Luftsauerstoff. Es ist jedoch auch möglich, der Prozeßkammer reinen Sauerstoff, Ozon, Kohlenmonoxid, etc. zuzuführen, mit welchen der amorphe Kohlenstoff beispielsweise zu Kohlendioxid verbrannt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird als Lichtquelle eine solche mit genügender, d. h. zur Aktivierung des Oxidations- prozesses notwendiger Photonenenergie verwendet. Die Wellenlänge sollte vorzugsweise im UV-Wellenlängenbereich liegen. Insbesondere stellt eine Lichtquelle mit 248 nm eine bevorzugte Ausführungsform dar, da entsprechende Lichtquellen in der Halbleiterlithographie häufig verwendet werden und daher erprobt sind.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, einen fotoempfindlichen organischen Lack, wie etwa den chemisch verstärkten Lack (CARL, chemically amplified resist layer) zu verwenden, um eine Schrägbelichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Der Vorteil eines Nachfolgeprozesses, welcher selbstjustiert durchgeführt werden kann, d.h. ohne daß ein weiterer Lithographieschritt unter Bildung einer Maskierschicht durchgeführt werden muß, ist auch hier gegeben. Bei Verwendung eines fotoempfindlichen Lackes ist allerdings zu beachten, daß gegenüber der vorteilhaften Verbrennung des amorphen Kohlenstoffes ein zusätzlicher Entwicklerschritt zur Entfernung des Lackes in den belichteten Bereichen notwendig ist.
Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Belichtung als selbstjustierter Prozeß durchgeführt werden kann. Die Unterteilung in belichtete und unbelichtete Bereiche auf dem Substrat wird durch Schattenbildung der Seitenwände hervorgerufen. Es ist somit nicht notwendig, eine Maske für die Belichtung einzusetzen. Hingegen sollte die Lichtquelle einen gerichteten Lichtstrahl, vorzugsweise eine paralleles Strahlenbündel, auf das Substrat werfen. Bei der Lichtquelle kann es sich auch um einen Laser oder einen Io- nen-/Elektronenstrahlquelle handeln, welche nur Ausschnitte auf dem Substrat abrastert .
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand zweier Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert werden. Darin zeigen:
Figur 1 eine Abfolge von erfindungsgemäßen Prozeßschritten zur Ausbildung eines einseitigen Strap-Kontaktes,
Figur 2 eine weitere Abfolge von er indungsgemäßen Prozeßschritten zur einseitigen Dotierung eines Gate- Anschlusses.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 dargestellt . Es soll ein einseitiger Kontakt zur elektrischen Anbindung eines Grabenkondensators beispielsweise an einem planaren Auswahltransistor (nicht in Figur 1 gezeigt) auf dem Substrat gebildet werden. Figur la zeigt einen Grabenkondensator 3, 62, welcher in einem Substrat 5 gebildet ist. Der Grabenkondensator 62 weist ein Kondensatordielektrikum 61 und eine elektrisch leitende Füllung 60 in einem unterem und einem mittleren Bereich auf. In einem oberen Bereich ist ein Isolationskragen 63 rundum an den Grabeninnenwänden 1' gebildet. Auf dem Substrat 5, welches beispielsweise monokristallines Silizium umfaßt, ist eine Schicht 20 aus amorphen Kohlenstoff gebildet. Die Dicke der Schicht 20 ist derart gewählt, daß der obere Bereich des Grabens 62 im Inneren der durch den Isolationskragen 63 gebildeten Öffnung 68 vollständig mit amorphem Kohlenstoff verfüllt ist.
Durch einen chemisch-mechanischen Polierschritt 105 wird die Oberfläche der Schicht 20 umfassend amorphen Kohlenstoff planarisiert und dabei soweit gedünnt, daß die Schicht 20 auf der horizontalen Oberfläche 51 des Substrates 5 entfernt wird. Dieser Schritt ist allerdings nicht zwingend erforderlich.
Das Ergebnis zeigt Figur Ib. Als nächster Schritt wird Licht der Wellenlänge von z. B. 365 nm unter einem Winkel c. in einem Beleuchtungsschritt 110 mit ce = 60° auf die Oberfläche 51 des Substrates gestrahlt. In dem oberen Bereich 68 des Grabens 62 wird dabei der amorphe Kohlenstoff mit gleichzeitig zugeführtem Sauerstoff zu Kohlendioxid verbrannt und dies aus der Prozeßkammer abgeführt . Durch die schräge Einstrahlung 110 bildet sich an der Seitenwand 1 wie in Figur 1c zu sehen ist, ein Schattenbereich 10, in welchem die Schicht 20 als unbelichteter Teil 21 zurückbleibt.
Anschließend wird ein anisotroper Ätzschritt 100 ausgeführt, welcher das Oxid des Isolationskragens 63 selektiv gegenüber dem Silizium des Substrates 5 und dem unbelichteten amorphen Kohlenstoff 20 entfernt (Figur ld) . Die der Seitenwand 1 gegenüberliegende Grabeninnenwand 1 ' des Substrates ist nun freigelegt .
Nach dem Ätzen 100 wird eine zweite Belichtung 111 durchgeführt, welche die Schicht 20 mit dem unbelichteten Teil 21 des amorphen Kohlenstoffs verbrennt . Vorzugsweise wird der Einfallswinkel α' der zweiten Belichtung zu 90° relativ zum Substrat gewählt, damit der Kohlenstoff rückstandsfrei ver- brannt wird. Eine weitere Möglichkeit der Kohlenstoffent- fernung ist der Lackstrip im Sauerstoffplasma.
Der obere Bereich 68 des Grabens kann nun mit einer elektrisch leitenden Füllung 69, etwa dotiertes Polysilizium verfüllt werden, wobei sich ein Kontakt 66 in einem Ausdiffusionsprozeß einseitig in dem Substrat an der Grabeninnenwand des Grabenkondensators 62 bildet. Abschließend wird ein Dek- kel 70, welcher beispielsweise aus einem Oxid gebildet ist, auf der leitenden Füllung 69 angeordnet.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in Figur 2 gezeigt . Ein Gatekontakt 50 umfassend ein Gateoxid 51, eine Schicht elektrisch leitender Polysiliziumschicht 52, eine Schicht Wolf- ram-Silizids 53 sowie eine Nitridkappe 54 auf dem Substrat 5 angeordnet. Der Gateanschluß 50 weist seitlich Oxid-Spacer 55 auf. Eine Schicht Materials 20 umfassend amorphen Kohlenstoff ist auf dem Substrat 5 und dem Gateanschluß 50 angeordnet, so daß die Gateleiterbahn 50 vollständig bedeckt ist. In einem chemisch-mechanischen Polierschritt 106 wird die Schicht 20 soweit rückplanarisiert, daß die Nitridkappe 54 der Gateleiterbahn 50 freigelegt wird. In einem Belichtungsschritt 110 wird Licht z. B. der Wellenlänge 365 nm unter einem Winkel a von 50° auf die Oberfläche der Schicht 20 gestrahlt (Figur 2b) .
Der amorphe Kohlenstoff verbrennt dabei mit zugeführtem Sauerstoff zu Kohlendioxid außerhalb eines Schattenbereiches 10, welcher durch eine der durch einen Oxid-Spacer gebildeten Seitenwand des Gateanschlusses 50 aufgrund des schrägen Einfallwinkels ce der Strahlung 110 gebildet wird.
In einem nachfolgenden Implantationsschritt 100 wird ein Substratbereich neben einer der Seitenwand 1 gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 2 des Gateanschlusses 50 dotiert (Figur 2c) . Durch einen Lackstrip oder einen zweiten Belichtungsschritt 111, welcher senkrecht zur Oberfläche des Substrates ausgeführt wird, wird der Rest der Schicht 20 unter Sauerstoffzugäbe zu Kohlendioxid verbrannt und somit entfernt (Figur 2d) Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß wie in Figur 2c zu sehen ist, durch eine senkrechte Implantation 100 der Kanalbereich unter dem Gateanschluß 3, 50 nicht unnötig verkleinert wird, wie dies bei einer Schrägimplantation der Fall wäre.
Bezugszeichenliste
1 Seitenwand, von der Lichtquelle abgewandt
1 ' Grabeninnenwand
5 Substrat
3 Strukturelement
10 Maskierschicht
20 organisches Material, amorpher Kohlenstoff
21 unbelichteter Teil der Maskierschicht
50 Gate-Leiterbahn als Strukturelement
51 Oberfläche des Substrats
62 Grabenkondensator als Strukturelement
63 Isolationkragen
68 oberer Bereich des Grabens
69 elektrisch leitende Füllung, Poly-Silizium
70 Oxiddeckel
90 Sauerstoffatmosphäre
105 CMP
110 erste Belichtung
111 zweite Belichtung 120 Implantation

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Bilden einer Maskierschicht (10) auf einem Substrat (5) mit einem wenigstens eine Seitenwand (1) umfassenden Strukturelement (3) zur Maskierung eines physikalischen oder chemischen Prozesses (100) , wobei das Strukturelement (3) erhaben auf oder vertieft in dem Substrat (5) gebildet ist, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen des Substrats (5) mit einer Oberfläche und dem Strukturelement (3) ,
- Abscheiden einer Schicht (20) eines oder mehrerer unter Lichteinfluß chemisch umwandelbarer Materialien aus der Gruppe umfassend Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Photoempfindlicher Lack, PMMA, auf das Substrat (5) , so daß das Strukturelement (3) von dem Material im wesentlichen bedeckt ist,
- Einstellen einer ersten Lichtquelle relativ zum Substrat, so daß ein durch die Lichtquelle erzeugter Lichtstrahl (110) unter einem schrägen ersten Winkel (α auf die Oberfläche des Substrats (5) trifft, welcher von 90 Grad verschieden ist,
- Erstes Belichten der Schicht (20) des unter Lichteinfluß chemisch umwandelbaren Materials mittels der eingestellten Lichtquelle, so daß ein Teil (21) der Schicht an der von der Lichtquelle abgewandten ersten Seitenwand (1) in einem Schattenbereich des Strukturelementes (3) unbelichtet bleibt,
- Entfernen der belichteten Schicht (20) außerhalb des Schattenbereiches, so daß der unbelichtete Teil (21) der Schicht (20) als Maskierschicht (10) zurückbleibt,
- Durchführen des nachfolgenden physikalischen oder chemischen Prozesses (100) .
2. Verfahren nach Anspruch 1 d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß - ein zweites Belichten (111) der Maskierschicht (10) mittels der ersten oder einer weiteren Lichtquelle unter einem zweiten Winkel (α') durchgeführt wird,
- die Maskierschicht (10) anschließend entfernt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Schicht (20) des Materials amorpher Kohlenstoff abgeschieden wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- für die erste und/oder die zweite Belichtung ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von weniger als 365 () Nanome- tern verwendet wird, und
- die Schritte des Entfernens der belichteten Bereiche der Schicht mittels Verbrennens des Kohlenstoffs aufgrund des Lichtstrahls (110) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während des Schrittes der ersten und/oder zweiten Belichtung dem Substrat eine Sauerstoffatmosphäre (90) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sauerstoffatmosphäre (90) während der Belichtung (110) zu einem Sauerstoffplasma angeregt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Strukturelement (3) ein erhaben auf dem Substrat (5) gebildeter Gate-Leiterbahn (50) zur Bildung eines planaren Auswahltransistors ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als nachfolgender Prozeß eine senkrecht zu der Oberfläche des Substrates gerichtete Ionenimplantation (120) in das Substrat durchgeführt wird, wobei der unbelichtet gebliebene Teil der Schicht des unter Lichteinfluß chemisch umwandelbaren Materials an der Seitenwand des erhabenen Gate-Anschlusses (50) als Maske für die senkrechte Implantation (120) dient.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Strukturelement ein vertieft im Substrat gebildeter Graben (60) mit Grabeninnenwänden zur Bildung eines Speicherknotens ist, wobei die Seitenwand eine Grabeninnenwand auf einer Seite des Grabens ist .
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß
- die Grabeninnenwand mit der Seitenwand auf der einen Seite in einem oberen Bereich des Grabens durch einen Isolationskragen gebildet wird,
- die erste Schicht auf dem Isolationskragen abgeschieden wird,
- nach der ersten Belichtung (110) der Schicht (20) ein Ätzprozeß zur Entfernung des Isolationskragens an einer der Seitenwand (1) gegenüberliegenden Seitenwand der Grabeninnenwand durchgeführt wird,
- nach der zweiten Belichtung (111) und dem Entfernen der Schicht (20) der Graben mit einem leitenden Material zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zu dem Substrat verfüllt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Schicht des unter Lichteinfluß chemisch umwandelbaren Materials ein photoempfindlicher Resist auf dem Substrat und dem Strukturelement abgeschieden wird, wobei die Schritte des Entfernens der Schicht mittels einer Entwicklung des belichteten Resists durchgeführt wird.
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