DE10304851A1

DE10304851A1 - Ätzverfahren

Info

Publication number: DE10304851A1
Application number: DE10304851A
Authority: DE
Inventors: Meihua Shen; Yan Du; Nicolas Gani; Oranna Yauw; Hakeem M Oluseyi
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2003-08-21
Also published as: US20030148622A1; US6933243B2; TW200303053A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen eines Substrats, umfassend: DOLLAR A einen Haupt-Ätzschritt (320), der umfasst, dass ein Substrat einem Plasma aus einer ersten Gasmischung ausgesetzt wird; einen schonenden Auftreff-Ätzschritt (330), der umfasst, dass das Substrat einem Plasma aus einer zweiten Gasmischung ausgesetzt wird; einen Überätzungs-Schritt (340), der umfasst, dass das Substrat einem Plasma aus einer dritten Gasmischung ausgesetzt wird, wobei der schonende Auftreff-Ätzschritt (330) eine höhere Ätzselektivität für die Ätzung einer metallhaltigen Schicht des Substrats gegenüber einer dielektrischen Schicht des Substrats aufweist als der Haupt-Ätzschritt (320) und der Überätzungs-Schritt (340) eine höhere Ätzselektivität für das Ätzen der metallhaltigen Schicht des Substrats gegenüber der dielektrischen Schicht des Substrats aufweist als der schonende Auftreff-Ätzschritt. DOLLAR A Der Haupt-Ätzschritt weist eine gute Gleichmäßigkeit der Ätzrate und eine gute Gleichmäßigkeit des Profils auf. Der schonende Auftreff-Ätzschritt ermöglicht eine Endpunktbestimmung und im Überätzungs-Schritt kann eine Metallbarriere ohne negativen Einfluss auf das Dielektrikum entfernt werden.

Description

Das Ätzen von Metall in Gate-Anwendungen, in denen eine Metallschicht direkt auf dem dielektrischen Gate-Material vorliegt, stellt eines der anspruchvollsten Verfahren in Gate-Anwendungen dar. Die meisten Metallschichten, wie beispielsweise Wolfram oder Wolframnitrid, können leicht mittels fluorhaltiger Spezies geätzt werden. Allerdings ätzen fluorhaltige Spezies auch das darunter gelegene Gate-Dielektrikum mit einer beträchtlichen Ätzrate. Somit ist es schwierig, die Selektivität zwischen der Metallschicht und der Gate-Dielektrikum-Schicht aufrechtzuerhalten. Eine ausreichende Selektivität kann durch fluorfreie Ätzchemie, wie Cl₂- und O₂-haltige Ätzchemie, aufrechterhalten werden. Diese verursacht aber als Nebenprodukt die Abscheidung von oxidiertem Wolfram in großen Mengen, so dass sich die Kontrolle des Gate-Profils sehr schwierig gestaltet. Zusätzlich ist es nach Abschluss des Ätzverfahrens schwierig, die Rückstände oder Nebenprodukte, die aufgrund der Cl₂- und O₂-haltigen Ätzchemie auf einem Substrat gebildet werden, zu entfernen.
In Gate-Anwendungen wurde üblicherweise Polysilizium zwischen der Wolfram-Elektrode und dem Gate-Dielektrikum verwendet. In diesen Anwendungen dient das Polysilizium als ein guter Ätzstopp für das Wolfram-Ätzverfahren, da die Ätzchemie, die zur Ätzung des Wolfram eingesetzt wird, eine gute Selektivität zwischen Wolfram und Polysilizium aufweist. Anschließend an die Entfernung von Wolfram mittels einer auf Fluor basierenden Ätzchemie kann das Polysilizium mittels einer HBr- und O₂-Ätzchemie entfernt werden, die eine gute Selektivität zwischen Polysilizium und dem darunter gelegenen Gate-Dielektrikum aufweist. Die HBr- und O₂-Ätzchemie ist selektiv bezüglich des Polysiliziums und kann auf dem darunter gelegenen Gate-Dielektrikum gestoppt werden, ohne dass das Gate-Dielektrikum beschädigt wird.
In neueren Gate-Anwendungen werden auf dem Gate-Dielektrikum eine Metallschicht und eine Metall-Barriereschicht, beispielsweise eine Metallnitridschicht, gebildet (z. B. Wolfram und Wolframnitrid). In diesen neueren Vorrichtungen wird die Polysiliziumschicht vorzugsweise weggelassen, um die Geschwindigkeit dieser Vorrichtungen zu erhöhen. Durch den Verzicht auf die Polysiliziumschicht als Ätzstopp muss ein Verfahren eingesetzt werden, dass eine gute Gleichmäßigkeit der Ätzrate und Gleichmäßigkeit des Profils über die Oberfläche des Substrats hinweg bietet und gleichzeitig die Selektivität gegenüber der Maske behält, d. h. die Selektivität der Ätzung zwischen einer oberhalb der Gate-Elektrode angeordneten Hartmaske und der Gate-Elektrode behält. Dieses Verfahren muss auch eine selektive Ätzung zwischen Wolfram und dem Gate-Dielektrikum bereitstellen. Häufig üben aber die Prozess-Chemie und -Bedingungen gegensätzlichen Einfluss auf die Profil-Kontrolle und die Selektivität gegenüber dem Gate-Dielektrikum aus. Es kann schwer sein, eine Balance zwischen gutem Gate-Profil und gleichzeitig hoher Selektivität gegenüber dem Gate-Dielektrikum aufrecht zu erhalten. Ätzverfahren, die bei einer guten Selektivität gegenüber Gate-Dielektrika zur Entfernung von Wolfram eingesetzt werden können, können zur Bildung von großen Mengen an nicht-flüchtigen Nebenprodukten, hauptsächlich WO₃, führen, die sich auf der Gate-Elektrode und der auf der Gate-Elektrode angeordneten Hartmaske abscheiden. Die Abscheidung von nicht-flüchtigen Nebenprodukten kann zu einer wesentlich verringerten Ätzrate und zu einem verjüngten Profil führen. Üblicherweise sind die nicht-flüchtigen Nebenprodukte nach Beendigung des Ätzverfahrens schwer zu entfernen.
Es besteht daher ein Bedürfnis ein Verfahren zum Ätzen von Metallen in Gate-Anwendungen, in denen das Metall auf dem Gate-Dielektrikum, beispielsweise einem Gateoxid, gebildet ist, bereitzustellen, ohne dass dazwischen ein Ätzstopp geformt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Ätzverfahren bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile verringern bzw. ganz vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die Verfahren zum Ätzen eines Substrats gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 15, 18 und 20 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Figuren.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen insbesondere Plasmaätzverfahren, die zur Ätzung von Metallen, beispielsweise Wolfram und Wolframnitrid, die auf dünnen, dielektrischen Materialien in Gate-Anwendungen geformt werden, geeignet sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Metall-Ätzverfahren, die eine erste nicht-selektive Ätzchemie zur Entfernung des größten Teils an Elektrodenmaterial, eine zweite Ätzchemie mit der Möglichkeit zur Endpunktbestimmung und eine selektive Ätzchemie, die auf dem Gate-Dielektrikum stoppt, umfassen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Ätzverfahren bereitgestellt, das einen Haupt-Ätzschritt, einen schonenden Auftreff-Ätzschritt und einen Überätzungs-Schritt umfasst. Der im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "schonender Auftreff-Ätzschritt" bezeichnete Verfahrensschritt kann auch als "soft-landing"-Schritt bezeichnet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein Ätzverfahren bereitgestellt, umfassend das Ausführen eines Haupt-Ätzschritts, um so den größten Teil an Metall bei einer hohen Gleichmäßigkeit der Ätzrate und bei guter Profil-Gleichmäßigkeit zu entfernen, das Ausführen eines schonenden Auftreff-Ätzschritts, in dem ein Metall/Metall-Barriere-Interface festgestellt werden kann, und dem Ausführen eines Überätzungs-Schritt, um eine Metall- Barriere selektiv, ohne schädlichen Einfluss auf das Gate-Dielektrikum, zu entfernen.

Die vorliegende Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Darstellung einer Querschnittsansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Gate-Stapel-Struktur;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Prozesskammer, die zur Durchführung von Ausführungsformen der Erfindung geeignet ist;

Fig. 3 ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 4A-4D eine Serie von schematischen Schnittansichten, die eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrenssequenz illustrieren.

Fig. 1 ist eine Darstellung einer Querschnittsansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Gate-Stapel-Struktur 10. Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden im Weiteren mit Bezug auf diese beispielhafte Gate-Stapel-Struktur beschrieben. Die Gate-Stapel-Struktur 10 enthält im Allgemeinen ein etwa 2,5 nm bis etwa 4,5 nm dickes Gate-Dielektrikum 14, das auf dem Silizium-Substrat 12 angeordnet ist. Das Gate-Dielektrikum kann beispielsweise Materialien wie Oxide, z. B. Siliziumdioxid (SiO₂), oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) enthalten. Etwa 5 nm bis etwa 10 nm Wolframnitrid (WN) 16 wird über dem Gate-Dielektrikum 14 abgeschieden. Etwa 150 nm bis etwa 250 nm Elektrodenmaterial, beispielsweise Wolfram (W) 18, wird über dem Wolframnitrid 16 abgeschieden. Etwa 200 nm Si₃N₄ werden als Hartmaske 20 auf der Wolframschicht 18 verwendet, um die zu strukturierende Gate-Struktur 10 abzubilden. Andere Gate-Anwendungen können andere Materialien enthalten. Beispielsweise können die Elektrodenmaterialien Wolfram, Wolframnitrid, Titan, Titannitrid, Tantal und Tantalnitrid enthalten. Gate-Dielektrika können beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Aluminiumoxid, Tantalpentoxid und Hafniumoxid enthalten. Die hier beschriebenen Verfähren können für Gate-Strukturen, die aus diesen Materialien aufgebaut sind, verwendet werden.

Die Ausführungsformen der Erfindung die hier beschriebenen und beansprucht werden, können beispielsweise unter Verwendung einer DPS-Poly-Ätzkammer (engl.: DPS poly etching chamber), erhältlich von Applied Materials, Inc. mit Sitz in Santa Clara, Kalifornien, durchgeführt werden. Die DPS-Poly-Ätzkammer kann auf einem Centura®-5200 Mainframe, der ebenfalls von Applied Materials, Inc. kommerziell erhältlich ist. Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer DPS-Poly-Ätzkammer 100. Die Ätzkammer 100 besteht aus einer oberen Kammer 104, die einen keramischen Dom 106 umfasst, und einer unteren Kammer 108. Die untere Kammer 108 enthält eine monopolare, elektrostatische Halterungs(ESC)-Kathode 110 (engl.: "monopolar electrostatic chuck cathode"). Um eine gleichmäßige Gasverteilung zu erreichen, wird das Gas mittels der Gasinjektionsdüsen 114 in die Kammer eingebracht. Der Kammerdruck wird mittels eines Druck-Kontrollsystems mit geschlossenen Kreislauf (nicht gezeigt) unter Verwendung des Drosselventils 118 gesteuert. Während der Bearbeitung wird ein Substrat 120 durch den Einlass 122 in die untere Kammer 108 eingebracht. Das Substrat 120 wird durch eine statische Ladung, die auf der Oberfläche der elektrostatischen Halterungs(ESC)-Kathode 110 durch Anlegen einer Gleichspannung an eine leitfähige Schicht (nicht gezeigt), die unterhalb eines dielektrischen Films (nicht gezeigt) auf der Oberfläche der Halterung angeordnet ist, erzeugt wird, in Position gehalten. Die Kathode 110 und das Substrat 120 werden dann mittels eines Wafer-Lifts 124 angehoben und in einer Bearbeitungsposition gegenüber der oberen Kammer 104 abgedichtet. Ätzgase werden über die Gasinjektionsdüsen 114 in die obere Kammer 104 eingebracht. Die Ätzkammer 100 verwendet eine Leistungsquelle 126, deren Leistung induktiv in das Plasma gekoppelt wird, und ein entsprechendes Netzwerk 128, das bei 12,56 MHz zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Plasmas mit mittlerer oder hoher Dichte betrieben wird. Die Leistungsquelle 126 wird im aus dem Englischen entnommenen Sprachgebrauch auch als "source power" oder "plasma source power" bezeichnet. Der Wafer wird mittels einer RF- Quelle 130 und einem passenden Netzwerk 132, die bei 13,56 Mhz betrieben werden, unter Vorspannung gesetzt. Dies wird im aus dem Englischen entnommenen Sprachgebrauch auch als "biasing" bezeichnet. Die Leistungsquelle, bzw. "plasma source power", 126 und die Vorspannungsvorrichtung, bzw. "biasing-Vorrichtung", 130 werden durch separate Regler (nicht gezeigt) gesteuert.

Eine andere Kammer, die in vorteilhafter Weise verwendet werden kann, ist in der US- Patentanmeldung Nr. 09/931,324 mit dem Titel "Adjustable Dual Frequency Voltage Dividing Plasma Reactor", eingereicht am 16. August 2001, beschriebenen, deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird. Die DPS-Kammer ist nur ein Beispiel einer Prozesskammer, die für die Ausführung der hier beschriebenen Verfahren eingesetzt werden kann. Andere Ätzsysteme können ebenfalls zur Durchführung von Ausführungsformen der Erfindung eingesetzt werden. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen die Kammern vorzugsweise eine Hochtemperatur-Kathode oder Substrat-Halterung auf, die bei einer Temperatur oberhalb 80°C betrieben werden können.

Fig. 3 ist ein Verfahrens-Fllussdiagramm, dass eine bevorzugte Ausführungsform eines Ätzverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. In Schritt 310 wird ein Substrat in einen Plasmareaktor, beispielsweise eine Ätzkammer, eingebracht. In Schritt 320 wird ein Haupt-Ätzschritt ausgeführt, um einen bei guter Gleichmäßigkeit der Ätzrate und guter Gleichmäßigkeit des Ätzprofils einen Großteil an Metall von dem Substrat zu entfernen. In Schritt 330 wird ein schonender Auftreff-Ätzschritt ausgeführt, in dem ein Metall/Metall- Barriere-Interface auf dem Substrat festgestellt werden kann. In Schritt 340 wird ein Überätzungs-Schritt ausgeführt, um selektiv die Metall-Barriere zu entfernen, ohne dabei einen negativen Einfluss auf das auf dem Substrat befindliche Dielektrikum, beispielsweise ein Oxid, auszuüben. In Schritt 350 wird das Substrat aus dem Plasmareaktor entnommen. Optional kann ein weiteres Substrat in dem Reaktor bearbeitet werden, wie dies in Schritt 360 dargestellt ist.

Die Fig. 4A-4D zeigen eine Serie schematischer Schnittansichten, die eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufs darstellen. Die Fig. 4A zeigt ein Substrat 400, beispielsweise eine Gate-Stapel-Struktur, bevor diese mittels des hier beschriebenen Verfahrensablauf bearbeitet wird. Das Substrat 400 enthält eine Silizium-Substratschicht 402, auf der ein Gate-Dielektrikum 404, beispielsweise eine SiO₂-Schicht oder eine Si₃N₄-Schicht, abgeschieden wird. Auf dem Gate-Dielektrikum 404 wird eine Wolframnitrid-Barriereschicht 406 abgeschieden. Eine Wolframschicht 408 wird auf der Wolframnitridschicht 406 abgeschieden. Eine Hartmasken-Schicht 410 wird auf der Wolframschicht 408 abgeschieden.

Das Verfahren gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst im Allgemeinen einen Haupt-Ätzschritt, einen schonenden Auftreff-Ätzschritt und einen Überätzungs-Schritt. Der Multi-Ätzschritt-Ansatz zur Bildung einer Gate-Stapel-Struktur kann einen ersten Schritt umfassen, der den Großteil, d. h. das meiste aber nicht alles, des Metallfilms in der Gate-Stapel-Struktur mittels eines Plasmas aus einem ersten Gasgemisch, beispielsweise einer Ätzchemie auf der Basis von NF₃, Cl₂, N₂ und optional O₂ oder einer Ätzchemie auf der Basis von NF₃, Cl₂ und CF₄, bei einer hohen Vorspannungs-Leistung entfernt, um das Gate-Stapel-Struktur-Profil zu kontrollieren. Darauf folgert ein schonender Auftreff-Ätzschritt mit einem Plasma aus einer zweiten Gasmischung, beispielsweise einer Ätzchemie auf der Basis von Cl₂, O₂ und optional Ar oder einer Ätzchemie auf der Basis von NF₃, Cl₂ und N₂ und optional O₂, und ein Uberätzungs-Schritt mit einem Plasma aus einer dritten Gasmischung, beispielsweise einer Ätzchemie auf der Basis von NF₃, Cl₂, O₂ und Ar oder einer Ätzchemie auf der Basis von Cl₂ und O₂, mit hoher Selektivität gegenüber der dielektrischen Schicht. Für eine sehr dünne Wolframnitridschicht wird NF₃ nicht benötigt, und mittels sehr niedriger Gasflussraten der Ätzchemie auf der Basis von Cl₂, O₂ und Ar kann eine Balance zwischen der Selektivität der Ätzung und der unerwünschten Abscheidung von Nebenprodukten eingestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in dem schonenden Auftreff-Ätzschritt sehr geringe Mengen an NF₃- Spezies zusammen mit Cl₂, O₂ und Ar eingesetzt, um die Abscheidung von Wolframoxid auf dem Substrat zu minimieren. In dem schonenden Auftreff-Ätzschritt kann auch eine Ätzchemie auf der Basis von Cl₂, O₂ und Ar verwendet werden. Eine geringe Gasflussrate von fluorhaltigen Spezies zusammen mit der Verdünnung des in der Ätzchemie enthaltenen Sauerstoffs durch Argon reduziert auch die Profil-Unterätzung. Profil-Unterätzung beinhaltet im Allgemeinen die unerwünschte Ätzung der Seitenwände der Gate-Elektrode. Die Ätzselektivität während des schonenden Auftreff-Ätzschritts wird durch eine sehr geringe Vorspannungs-Leistung (bias power) sowie durch Sauerstoffzugabe erreicht.

Der Haupt-Ätzschritt ist ausgelegt, um die Profil-Gleichmäßigkeit durch Steuerung der Gleichmäßigkeit der Ätzrate zu kontrollieren. Der Haupt-Ätzschritt spricht auch Probleme der Hartmasken-Selektivität durch eine Sauerstoff-Balance an. Die Hauptätzung kann ein zeitlich abgestimmtes Ätzverfahren sein, in dem der Großteil des Wolframs entfernt wird und die Entfernung des Großteils des Wolframs gestoppt wird, bevor das Wolfram/Wolframnitrid- Interface 407 erreicht wird, wie dies in Fig. 4B gezeigt ist. Das Haupt-Ätzverfahren ist vorzugsweise so angepasst, dass eine gute Profil-Gleichmäßigkeit der zu strukturierenden Merkmale, eine gute Einheitlichkeit der Ätzrate über die Oberfläche des Substrats hinweg und, zur Erhaltung der Maskenintegrität, eine gute Selektivität gegenüber der Maske erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Haupt-Ätzschritt in einer Ätzkammer in einem Druckbereich von etwa 4 mTorr bis etwa 15 mTorr durchgeführt werden. Eine Quellen-Leistung im Bereich von etwa 350 Watt (W) bis etwa 800 W kann an die Quellen-Spule abgegeben werden. Die hier im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "Quellen-Leistung bezeichnete Leistung kann auch als "source power" bezeichnet werden. Eine Vorspannungs-Leistung von etwa 30 W bis etwa 120 W kann an die Substrathalterung abgegeben werden. Die hier im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "Vorspannungs-Leistung" bezeichnete Leistung kann auch als "bias power" bezeichnet werden. In der Ätzkammer kann ein Substrat unter Verwendung eines Plasmas aus einer Gasmischung enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂ geätzt werden. NF₃ kann mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Cl₂ kann mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 8 sccm bis etwa 150 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. N₂ kann mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 25 sccm bis etwa 75 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Optional kann O₂ mit einer Gasflussrate von etwa 0 sccm bis etwa 20 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Das Cl₂/NF₃-Verhältnis von kann im Bereich von etwa 10 : 1 bis etwa 1 : 1 liegen. Ein geringer NF₃-Gasfluss kann vorteilhaft sein, um eine gute Gleichmäßigkeit zu erreichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Haupt-Ätzschritt NF₃, Cl₂ und CF₄ verwenden. Das Haupt-Ätzverfahren, dass ein Plasma aus einem Gasgemisch enthaltend NF₃, Cl₂ und CF₄ verwendet, kann in einer Ätzkammer unter Einhaltung der gleichen Druck-, Quellen-Leistungs- und Vorspannungs-Leistungs-Bereiche durchgeführt werden, wie oben für das Haupt-Ätzverfahren unter Verwendung von NF₃, Cl₂, N₂ und, optional, O₂ beschrieben wurde. NF₃ kann mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Cl₂ kann mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 10 sccm bis etwa 150 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. CF₄ kann mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 10 sccm bis etwa 30 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Es wurde festgestellt, dass die Zugabe von CF₄ dazu beitragen kann, die Rauhigkeit der Oberfläche des Metallfilms während der Ätzung zu reduzieren. Eine glatte Metalloberfläche ist wünschenswert, da Rauhigkeiten oder Unregelmäßigkeiten in der Metalloberfläche während der Haupt-Ätzung, in der die Selektivität zwischen Metall und Dielektrikum gering ist, in der dielektrischen Schicht abgebildet werden können.

Der schonenden Auftreff-Ätzschritt wird zur Endpunktbestimmung an dem Wolfram/Wolframnitrid-Interface 407, wie in Fig. 4C gezeigt, verwendet, so dass dann ein hochselektives Überätzungs-Verfahren durchgeführt werden kann, das auf dem dünnen Dielektrikum 404 stoppt und gleichzeitig die Integrität des Dielektrikums erhält. Während das Haupt-Ätzverfahren einen Großteil des Wolframs von der Gate-Stapel-Struktur entfernt, wird durch den schonenden Auftreff-Ätzschritt üblicherweise eine Menge an Wolfram entfernt, die geringer ist als die Menge, die während des Haupt-Ätzschritts entfernt wird. Der schonende Auftreff-Ätzschritt begrenzt die Menge der Nebenprodukt-Abscheidung durch die Verringerung der Expositionszeit gegenüber der Überätzungs-Ätzchemie auf der Basis von Cl₂ und O₂, die zur Bildung von Abscheidungen, also Nebenprodukten, beitragen kann. Der schonende Auftreff-Ätzschritt verwendet eine Ätzchemie, welche die Abscheidung von WO₃ minimiert, und sein Endpunkt kann beispielsweise unter Verwendung eines optischen Verfahrens zur Endpunktbestimmung, wie beispielsweise eines optischen Emissions- Spektrumskopie-Verfahrens (OESM), bestimmt werden. Dadurch, dass an oder nahe dem W/WN-Interface 407 gestoppt wird, müssen nur noch etwa 100 Å WN 406 entfernt werden.

Zu diesem Zeitpunkt kann eine Ätzchemie mit hoher Selektivität zur Entfernung des WN eingesetzt werden, ohne dass ein negativer Einfluss auf das Profil der zu ätzenden Struktur, die Gesamtätzrate und das darunter liegende Dielektrikum 404 ausgeübt wird. Der schonende Auftreff-Ätzschritt muss nur für kurze Zeit durchgeführt werden, um das Endpunktbestimmungsverfahren zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein Zeitraum von 10 Sekunden verwendet werden, um die Bestimmung des W/WN-Interface 407 mittels des Endpunktbestimmungsverfahrens zu ermöglichen. Je nachdem, wie viel Zeit das Endpunktbestimmungsverfahren für einen effektiven Einsatz benötigt, kann mehr oder weniger Zeit verwendet werden. Vorzugsweise wird die Dauer des schonenden Auftreff- Ätzschritts auf die minimale Zeit begrenzt, die nötig ist, um das W/WN-Interface 407 zu bestimmen. Die Selektivität des schonenden Auftreff-Ätzschritts kann über die O₂-Gasflussrate und eine niedrige Vorspannungs-Leistung gesteuert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der schonende Auftreff- Ätzschritt bei einer geringeren Vorspannungs-Leistung durchgeführt als der Haupt-Ätzschritt. Kein oder geringe Mengen an NF₃ können eingesetzt werden, um die Menge der Nebenprodukt-Abscheidung zu kontrollieren.

Der schonende Auftreff-Ätzschritt kann in einer Ätzkammer bei einem Druck im Bereich von etwa 10 mTorr bis etwa 50 mTorr, beispielsweise von etwa 10 mTorr bis etwa 30 mTorr, durchgeführt werden. Eine Quellen-Leistung von etwa 200 W bis etwa 800 W, beispielsweise bis etwa 350 W, kann an die Quellen-Spule abgegeben werden. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "Quellen-Spule" bezeichnete Spule wird auch als "Source-Spule" oder im Englischen als "source coil" bezeichnet. Eine Vorspannungs-Leistung im Bereich von etwa 10 W bis etwa 50 W kann an die Substrathalterung abgegeben werden. Ein Substrat kann in der Ätzkammer unter Verwendung eines Plasmas aus einer Gasmischung enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂ geätzt werden. NF₃ kann mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Cl₂ kann mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. N₂ kann mit einer Gasflussrate von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Optional kann O₂ mit einer Gasflussrate im Bereich von etwa 0 sccm bis etwa 20 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Eine Erhöhung des Drucks, Verringerung der Vorspannungs-Leistung und Verringerung der NF₃-Gasflussrate liefern eine verbesserte Selektivität gegenüber dem Gate-Dielektrikum, ohne dass dadurch eine Grübchenbildung, die auch als Pitting bezeichnet wird, in dem Gate-Dielektrikum verursacht wird.

In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein schonender Auftreff-Ätzschritt mit geringer Gasflussrate mit einem Plasma aus einer Gasmischung enthaltend Cl₂ und O₂ eingesetzt, um so genannten Füße (engl.: feet) von den Strukturprofilen zu entfernen. Im Allgemeinen entstehen diese so genannten Füße (feet) durch einen Überschuss an auf den Strukturen abgeschiedenen Materials. Während das O₂/Cl₂-Verhältnis die Selektivität festgelegt, hat der Gesamt-Gasfluss an O₂ Auswirkungen auf die Bildung von. Abscheidungen. Durch die Verringerung des Gesamt-Gasflusses an Cl₂ und O₂ kann eine Balance zwischen Selektivität und geringer Abscheidung erreicht werden. Während dieses schonenden Auftreff- Ätzschritts ist die O₂-Gasflussrate geringer als etwa 20 sccm und das O₂/Cl₂-Verhältnis beträgt weniger als etwa 1. Optional können Ar oder He zugegeben werden, um die Druckkontrolle bei geringen Cl₂- und O₂-Gasflussraten aufrechtzuerhalten. Der schonende Auftreff-Ätzschritt kann in einer Ätzkammer bei einem Druck im Bereich von etwa 10 mTorr bis etwa 20 mTorr durchgeführt werden. Eine Quellen-Leistung von etwa 600 W bis etwa 1200 W kann an die Quellen-Spule abgegeben werden. Eine Vorspannungs-Leistung von etwa 40 W bis etwa 100 W kann an die Substrathalterung abgegeben werden. Cl₂ kann mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. O₂ kann mit einer Gasflussrate von etwa 5 sccm bis etwa 20 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden.

Nachdem der schonenden Auftreff-Ätzschritt ausgeführt und die Ätzung an oder nahe dem W/WN-Interface 407 gestoppt wurde, kann ein Überätzungs-Schritt durchgeführt werden, um selektiv das WN zu entfernen und um auf dem Dielektrikum zu stopfen und dieses freizulegen, ohne dass es zu einer Grübchenbildung oder einer anderen Beschädigung des Dielektrikums kommt. Dies ist in Fig. 4D gezeigt. Der Sauerstoffgehalt der Überätzungs- Ätzchemie kann erhöht werden, um im Vergleich mit dem Haupt-Ätzschritt und dem schonenden Auftreff-Ätzschritt eine höhere Selektivität gegenüber dem Dielektrikum, beispielsweise einem Oxid, zu erreichen. Dabei kann die Zeitdauer der Exposition gegenüber dem sauerstoffhaltigen Plasma minimiert werden, da nur eine dünne Schicht WN 406 während des Überätzungs-Schritts entfernt werden muss.

Der Überätzungs-Schritt kann in einer Ätzkammer bei einem Druck von etwa 10 mTorr bis etwa 50 mTorr, beispielsweise von etwa 10 mTorr bis etwa 30 mTorr, durchgeführt werden. Eine Quellen-Leistung von etwa 500 W bis etwa 1500 W kann an die Quellen-Spule abgegeben werden. Eine Vorspannungs-Leistung von etwa 50 W bis etwa 150 W kann an die Substrathalterung abgegeben werden. Ein Substrat kann in der Ätzkammer unter Verwendung eines Plasmas aus einer Gasmischung enthaltend Cl₂ und O₂ geätzt werden. Cl₂ kann mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. O₂ kann mit einer Ätzrate von etwa 5 sccm bis etwa 20 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Das O₂/Cl₂-Verhältnis stellt einen wichtigen Faktor zur Aufrechterhaltung der Selektivität dar. Vorzugsweise beträgt das O₂/Cl₂-Verhältnis von etwa 1 : 4 bis etwa 1 : 2. Eine höhere Quellen-Leistung fördert ebenfalls die Selektivität und die Ätzrate. Eine relativ hohe Vorspannungs-Leistung wird verwendet, um Einkerbungen im Profil oder Unterätzungen in der Nähe des Bodens der Gate-Stapel-Struktur zu verhindern. Die Quellen-Leistung und die Vorspannungs-Leistung können in dieser Ausführungsform jeweils höher sein als die Quellen-Leistung und die Vorspannungs-Leistung in dem schonenden Auftreff-Ätzschritt, der vor dem Überätzungs-Schritt durchgeführt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Überätzungs-Schritt unter Verwendung eines Plasmas aus einer Gasmischung enthaltend NF₃, Cl₂, O₂ und Ar durchgeführt werden. Der Überätzungs-Schritt kann in einer Ätzkammer bei einem Druck von etwa 20 mTorr bis etwa 50 mTorr durchgeführt werden. Eine Quellen- Leistung von etwa 300 W bis etwa 1000 W kann an die Quellen-Spule abgegeben werden. Eine relativ niedrige Vorspannungs-Leistung von etwa 0 W bis etwa 5 W kann an die Substrathalterung abgegeben werden. NF₃ kann mit einer Gasflussrate von etwa 3 sccm bis etwa 10 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Cl₂ kann mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. O₂ kann mit einer Gasflussrate von etwa 5 sccm bis etwa 20 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Ar kann mit einer Gasflussrate von etwa 50 sccm bis etwa 200 sccm in die Ätzkammer eingebracht werden. Das NF₃ kann helfen, die Bildung von Wolframoxid-Abscheidungen zu verhindern. Diese Ausführungsform des Überätzungs-Schritts kann mit einer geringeren Vorspannungs-Leistung und weniger NF₃ als der schonende Auftreff-Ätzschritt, der vor dem Überätzungs-Schritt durchgeführt wird, eingesetzt werden.

Nach dem Überätzungs-Schritt kann das Substrat einem nasschemischen Reinigungsschritt unter Verwendung einer Naßchemie, wie beispielsweise 2-(2-Aminoethoxy)ethanol, Hydroxylamin und Catechol (bekannt als EKC), ausgesetzt werden. Das Substrat kann der Naßchemie durch Eintauchen des Substrats in diese Naßchemie für eine Zeitdauer von etwa 5 Minuten oder weniger ausgesetzt werden. Das EKC entfernt die Passivierungsschicht, die sich auf der durch das Ätzverfahren definierten Struktur gebildet hat. Die Minimierung der Bildung der Passivierungsschicht, beispielsweise WO₃, ermöglicht es, dass ein kürzerer naßchemischer Reinigungsschritt durchgeführt werden kann.

Jede Kombination des vorliegend beschriebenen Haupt-Ätzschritts, schonenden Auftreff Ätzschritts und des Überätzungs-Schritts kann in einem Dreischritt-Ätzverfahren verwendet werden, wobei auf einen Haupt-Ätzschritt ein schonender Auftreff-Ätzschritt und auf diesen ein Überätzungs-Schritt folgt. Üblicherweise weist der schonende Auftreff-Ätzschritt eine größere Selektivität für das Ätzen einer metallhaltigen Schicht des Substrats gegenüber einer dielektrischen Schicht des Substrats auf als der Haupt-Ätzschritt, und der Uberätzungs-Schritt weist eine größere Selektivität für das Ätzen einer metallhaltigen Schicht des Substrats gegenüber einer dielektrischen Schicht des Substrats auf als der schonende Auftreff-Ätzschritt.

Während bisher Dreischritt-Ätzverfahren umfassend einen Haupt-Ätzschritt, einen schonenden Auftreff-Ätzschritt und einen Überätzungs-Schritt beschrieben wurden, stellt die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform auch ein Zweischritt-Ätzverfahren bereit, umfassend einen Haupt-Ätzschritt und einen kombinierten schonenden Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt bereit. Der Haupt-Ätzschritt kann umfassen, dass ein Substrat einem Plasma aus einer Gasmischung enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂ ausgesetzt wird. Der kombinierte schonende Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt kann umfassen, dass ein Substrat einem Plasma aus einer Gasmischung enthaltend NF₃, Cl₂, Ar und O₂ ausgesetzt wird. Typischerweise weist der kombinierte schonende Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt eine größere Selektivität bezüglich der Ätzung einer metallhaltigen Schicht des Substrats gegenüber einer dielektrischen Schicht des Substrats auf als der Haupt-Ätzschritt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde die Fähigkeit einer DPS-Poly-Ätzkammer zur Ätzung einer mit einer Hartmaske (Si₃N₄) versehenen Wolfram-Gate-Elektrode mit SiO₂- und Si₃N₄-Gate-Dielektrika untersucht. Es wurden die Emissionsspektren von Substraten am Endpunkt des Haupt-Ätzschritts untersucht und es wurde gefunden, dass Spektrallinien von F, N₂, O und CN erfolgreich zur Endpunktbestimmung verwendet werden können. Es wurde gezeigt, dass bei der Überätzung des Dielektrikums unter Verwendung einer Ätzchemie auf der Basis von Cl₂ und O₂ eine Selektivität im Bereich von 100 : 1 für W : SiO₂ und W : Si₃N₄ erreicht wird. Während die Selektivität gegenüber dem Gate-Dielektrika bei dem Überätzungs-Rezept hervorragend ist, wurde festgestellt, dass das Überätzungs-Rezept aufgrund seiner Abscheidungseigenschaften einen Fuß auf den Strukturprofilen hinterlässt und auch die Barriereschicht aufgrund seiner 1,7 : 1 WN : W-Selektivität unterätzt. Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung demonstriert, dass die Verwendung eines schonenden Auftreff-Ätzschritt mit einer Ätzchemie auf der Basis von Cl₂ und O₂ oder Cl₂, O₂ und Ar die Bildung von Füßen minimieren kann. Auch wurde gezeigt, dass Unterätzungen in WN durch Kontrolle der Dauer des Überätzungs-Schritts minimiert werden können. Um die weitere Entwicklung von Überätzungs- und schonenden Auftreff-Ätzschritt-Rezepten weiter zu unterstützen wurde ein empirisch abgeleitetes Modell der Verfahrenselektivität vorgestellt, das einen Selektivitätsfaktor Ψ verwendet, der ein Produkt aus dem Quellen-/Vorspannungs- Leistungs-Verhältnis und dem prozentualen Anteil des O₂ in der Verfahrens-Ätzchemie ist. Es wurden weiterhin Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektroskopie-Untersuchungen (Time-of-Flight-Ion-Mass Spectroscopy; TOF-SIMS) und Analysen mittels Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse/röntgenstrahlangeregte Photoelektronenspektroskopie (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis/X-Ray Photoelectron Spectroscopy; ESCA/XPS) der Überätzungs-Rückstände durchgeführt, ebenfalls zur Unterstützung der Weiterentwicklung. Und abschließend wurde eine vorläufige Analyse der Reinheit der Ätzprozesse auf der Basis einer Analysen mittels optischer Emissionsspektrumskopie (Optical Emission. Spectroscopy; OES) vorgelegt. Diese Analyse legt nahe, dass die fluorhaltige Ätzchemie des Haupt- Ätzschritts relativ rein arbeitet, wohingegen das Gesamtverfahren, einschließlich der Ätzchemie des schonenden Auftreff-Ätzschritts und des Überätzungs-Schritts "depositiv" verläuft, d. h. dass es Abscheidungen auf dem Substrat hinterlässt.

Beispiel 1

Ein Haupt-Ätzschritt wurde unter den folgenden Verfahrensbedingungen ausgeführt: Kammerdruck: 4 mTorr; 350 W Quellen-Leistung; 100 W Vorspannungs-Leistung; 20 sccm NF₃; 70 sccm Cl₂; 90 sccm N₂; 10 sccm O₂. Der Haupt-Ätzschritt wurde über einen Zeitraum von etwa 60 Sekunden durchgeführt.

Ein schonender Auftreff-Ätzschritt wurde danach unter den folgenden Verfahrensbedingungen durchgeführt: Kammerdruck: 10 mTorr; 350 W Quellen-Leistung; 30 W Vorspannungs-Leistung; 20 sccm NF₃; 70 sccm Cl₂; 40 sccm N₂. Der schonende Auftreff-Ätzschritt wurde über einen Zeitraum von etwa 24 Sekunden durchgeführt.

Ein Überätzungs-Schritt wurde danach unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Kammerdruck: 10 mTorr; 1000 W Quellen-Leistung; 70 W Vorspannungs-Leistung; 30 sccm Cl₂; 15 sccm O₂. Der Überätzungs-Schritt wurde über einen Zeitraum von etwa 20 Sekunden durchgeführt.

Abschließend wurde der Wafer einem EKC-Verfahrensschritt über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten ausgesetzt.

Beispiel 2

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung folgte auf den Haupt-Ätzschritt gemäß dem Beispiel 1 ein anderer schonender Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt. Der schonende Auftreff-Ätzschritt verwendete einen O₂-Gasfluss von weniger als etwa 20 sccm und das O₂/Cl₂-Verhältnis war geringer als 1.

Der Überätzungs-Schritt verwendete einen Gesamt-Gasfluss von Cl₂ und O₂ zwischen etwa 100 bis etwa 120 sccm und das O₂/Cl₂-Verhältnis betrug zwischen 1 : 4 bis etwa 1 : 2. Eine SEM-Aufnahme des Substrats (nicht gezeigt) zeigte, dass die Bildung von so genannten Füße auf den Strukturprofilen minimiert ist.

Beispiel 3

Ein Haupt-Ätzschritt wurde unter den folgenden Verfahrensbedingungen durchgeführt: Kammerdruck: 4 mTorr; 350 W Quellen-Leistung; 120 Watt Vorspannungs-Leistung; 20 sccm NF₃; 70 sccm Cl₂; 30 sccm N₂.

Ein kombinierter schonender Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt wurde danach unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Kammerdruck: 30 mTorr; 300 W Quellen- Leistung; 5 W Vorspannungs-Leistung; 3 sccm NF₃; SO sccm Cl₂; 140 sccm Ar; 5 sccm O₂.

Während die vorhergehenden Ausführungen auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet sind, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen werden ohne von dem grundlegenden Umfang der Erfindung, wie er in den folgenden Patentansprüchen festgelegt wird, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Ätzen eines Substrats (400) umfassend:
einen Haupt-Ätzschritt (320), der umfasst, dass ein Substrat (400) einem Plasma aus einer ersten Gasmischung ausgesetzt wird;
einen schonenden Auftreff-Ätzschritt (330), der umfasst, dass das Substrat (400) einem Plasma aus einer zweiten Gasmischung ausgesetzt wird;
einen Überätzungs-Schritt (340), der umfasst, dass das Substrat (400) einem Plasma aus einer dritten Gasmischung ausgesetzt wird, wobei der schonende Auftreff-Ätzschritt (330) eine höhere Ätzselektivität für die Ätzung einer metallhaltigen Schicht (408) des Substrats (400) gegenüber einer dielektrischen Schicht (404) des Substrats aufweist als der Haupt-Ätzschritt (320),
und der Überätzungs-Schritt (340) eine höhere Ätzselektivität für das Ätzen der metallhaltigen Schicht (408) des Substrats (400) gegenüber der dielektrischen Schicht (404) des Substrats (400) aufweist als der schonende Auftreff-Ätzschritt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 der 2, wobei der Haupt-Ätzschritt (320) einen Teil einer Metallschicht (408) von dem Substrat (400) entfernt, der schonende Auftreff- Ätzschritt (330) einen zusätzlichen Teil der Metallschicht (408) entfernt, um so eine Metallnitridschicht (406) des Substrats (400) freizulegen, und der Überätzungs-Schritt (340) einen Teil der Metallnitridschicht (406) entfernt, um so eine dielektrische Schicht (404) des Substrats freizulegen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Gasmischung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer ersten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, und einer zweiten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und CF₄, die zweite Gasmischung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer dritten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, und einer vierten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂, und die dritte Gasmischung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer fünften Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂, O₂ und Ar, und einer sechsten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Haupt-Ätzschritt (320) in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 4 mTorr bis etwa 15 mTorr, mit einer Quellen-Leistung von etwa 350 W bis etwa 800 W und einer Vorspannungs-Leistung von etwa 30 W bis etwa 120 W durchgeführt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei der Haupt-Ätzschritt (32C1) mit der ersten Mischung aus NF₃, Cl₂ und N₂ durchgeführt wird und das NF₃ mit einer Gasflussrate von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird, das Cl₂ mit einer Gasflussrate von etwa 8 sccm bis etwa 150 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird und das N₂ mit einer Gasflussrate von etwa 25 sccm bis etwa 75 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die erste Mischung des Haupt-Ätzschritts (320) weiterhin O₂ umfasst, das mit einer Gasflussrate von etwa 0 sccm bis etwa 20 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Haupt-Ätzschritt (320) mit der ersten Mischung aus NF₃, Cl₂ und N₂ durchgeführt wird und das Verhältnis von Cl₂ zu NF₃ zwischen etwa 10 : 1 bis etwa 1 : 1 beträgt.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Haupt-Ätzschritt (320) mit der zweiten Mischung aus NF₃, Cl₂ und CF₄ durchgeführt wird und das NF₃ mit einer Gasflussrate von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird, das Cl₂ mit einer Gasflussrate von etwa 10 sccm bis etwa 150 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird und das CF₄ mit einer Gasflussrate von etwa 10 sccm bis etwa 30 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der schonende Auftreff- Ätzschritt (330) mit der dritten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, durchgeführt wird und der schonende Auftreff-Ätzschritt (330) in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 10 mTorr bis etwa 50 mTorr, einer Quellen-Leistung von etwa 200 W bis etwa 800 W und einer Vorspannungs-Leistung von etwa 10 W bis etwa 50 W durchgeführt wird, wobei das NF₃ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm eingebracht wird, das Cl₂ in die Ätzkammer mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm eingebracht wird und das N₂ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 10 sccm bis etwa 50 sccm eingebracht wird.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die dritte Mischung des schonenden Auftreff- Ätzschritts weiterhin O₂ umfasst, wobei das O₂ mit einer Gasflussrate von etwa 0 sccm bis etwa 20 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der schonende Auftreff- Ätzschritt (330) mit der vierten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂, durchgeführt wird, und der schonende Auftreff-Ätzschritt (330) in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 10 mTorr bis etwa 20 mTorr, einer Quellen-Leistung von etwa 600 W bis etwa 1200 W, einer Vorspannungs-Leistung von etwa 40 W bis etwa 100 W durchgeführt wird, das Cl₂ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm eingebracht wird und das O₂ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 5 sccm bis etwa 20 sccm eingebracht wird.

12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der Überätzungs-Schritt (340) mit der fünften Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂, O₂ und Ar, wobei der Überätzungs- Schritt (340) in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 20 mTorr bis etwa 50 mTorr, einer Quellen-Leistung von etwa 300 W bis etwa 1000 W und einer Vorspannungs-Leistung von etwa 0 W bis etwa 5 W durchgeführt wird, wobei das NF₃ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 3 sccm bis etwa 10 sccm eingebracht wird, das Cl₂ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm eingebracht wird, das O₂ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 5 sccm in bis etwa 20 sccm eingebracht wird und das Ar in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 50 sccm bis etwa 200 sccm eingebracht wird.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der Überätzungs-Schritt (340) mit der sechsten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂, wobei der Überätzungs-Schritt (340) in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 10 mTorr bis etwa 50 mTorr, einer Quellen-Leistung von etwa S00 W bis etwa 1500 W und einer Vorspannungs-Leistung von etwa 50 W bis etwa 150 W durchgeführt wird, wobei das Cl₂ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm bis etwa 100 sccm eingebracht wird und das O₂ in die Ätzkammer (100) mit einer Gasflussrate von etwa 5 sccm bis etwa 20 sccm eingebracht wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 3 bis 13, wobei der Überätzungs-Schritt (340) mit der sechsten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂, durchgeführt wird, wobei der Überätzungs- Schritt (340) in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 10 mTorr bis etwa 50 mTorr, einer Quellen-Leistung von etwa 500 W bis etwa 1500 W und einer Vorspannungs-Leistung von etwa 50 W bis etwa 150 W durchgeführt wird, wobei das O₂ und das Cl₂ in die Ätzkammer (100) mit einem O₂/Cl₂-Verhältnis zwischen etwa 1 : 4 bis etwa 1 : 2 eingebracht werden.

15. Verfahren zum Ätzen eines Substrats, umfassend:
einen Haupt-Ätzschritt (320), der umfasst, dass ein Substrat einem Plasma aus einer Gasmischung ausgesetzt wird, wobei die Gasmischung ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus einer ersten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, und einer zweiten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und CF₄;
einen schonenden Auftreff-Ätzschritt (330), der umfasst, dass ein Substrat einem Plasma aus einer Gasmischung ausgesetzt wird, wobei die Gasmischung ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus einer dritten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, und einer vierten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂;
und einem Überätzungs-Schritt (340), der umfasst, dass ein Substrat einem Plasma aus einer Gasmischung ausgesetzt wird, wobei die Gasmischung ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus einer fünften Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂, O₂ und Ar, und einer sechsten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂;
wobei der schonende Auftreff-Ätzschritt (330) bei einer geringeren Vorspannungs- Leistung als der Haupt- Ätzschritt (320) durchgeführt wird und der Überätzungs-Schritt (340) eine höhere Ätzselektivität für das Ätzen einer metallhaltigen Schicht des Substrats gegenüber mit einer dielektrischen Schicht des Substrats aufweist als der Haupt-Ätzschritt (320) und der schonende Auftreff-Ätzschritt (330).

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Überätzungs-Schritt (340) die fünfte Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂, O₂ und Ar, eine geringere Vorspannungs-Leistung und weniger NF₃ als der schonende Auftreff-Ätzschritt verwendet.

17. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei der Überätzungs-Schritt die sechste Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂, eine höhere Quellen-Leistung und eine höhere Vorspannungs- Leistung als der schonende Auftreff-Ätzschritt (330) verwendet.

18. Verfahren zum Ätzen eines Substrats, umfassend:
einen Haupt-Ätzschritt (320), umfassend das Entfernen des größten Teils an Wolfram von einer Gate-Struktur (400);
einen schonenden Auftreff-Ätzschritt (330), umfassend das Entfernen eines zusätzlichen Teils an Wolfram von der Gate-Struktur (400), um so eine Wolframnitridschicht (406) des Substrats (400) freizulegen, wobei die zusätzliche Menge geringer ist als der größte Teil, der in dem Haupt-Ätzschritt (320) entfernt wird, und
einen Überätzungs-Schritt (340), umfassend das Entfernen zumindest eines Teils der Wolframnitridschicht (406) des Substrats, um so eine dielektrische Schicht (404) des Substrats (400) freizulegen.

19. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei der Haupt-Ätzschritt (320) umfasst,
dass das Substrat (400) einem Plasma aus einer Gasmischung ausgesetzt wird, wobei die Gasmischung ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus einer ersten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, und einer zweiten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und CF₄;
der schonende Auftreff-Ätzschritt umfasst, dass das Substrat (400) einem Plasma aus einer Gasmischung ausgesetzt wird, wobei die Gasmischung ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus einer dritten Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, und einer vierten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂;
und der Überätzungs-Schritt (340) umfasst, dass das Substrat (400) einem Plasma aus einer Gasmischung ausgesetzt wird, wobei die Gasmischung ausgesucht ist aus der Gruppe bestehend aus einer fünften Mischung, enthaltend NF₃, Cl₂, O₂ und Ar, und einer sechsten Mischung, enthaltend Cl₂ und O₂.

20. Verfahren zum Ätzen eines Substrats, umfassend:
einen Haupt-Ätzschritt, der umfasst, dass ein Substrat einem Plasma aus einer Gasmischung, enthaltend NF₃, Cl₂ und N₂, ausgesetzt wird, und
einen kombinierten schonenden Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt, der umfasst, dass das Substrat einem zweiten Plasma aus einer zweiten Gasmischung,
enthaltend NF₃, Cl₂, Ar und O₂, ausgesetzt wird, wobei der kombinierte schonende Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt eine höhere Ätzselektivität für das Ätzen einer metallhaltigen Schicht des Substrats gegenüber einer dielektrischen Schicht des Substrats aufweist als der Haupt-Ätzschritt.

21. Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei der Haupt-Ätzschritt in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 4 mTorr, einer Quellen-Leistung von etwa 350 W und einer Vorspannungs-Leistung von etwa 120 W durchgeführt wird.

22. Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei der kombinierte schonende Auftreff- Ätzschritt und Überätzungs-Schritt in einer Ätzkammer (100) bei einem Druck von etwa 30 mTorr, einer Quellen-Leistung von etwa 300 W und einer Vorspannungs- Leistung von etwa 5 W durchgeführt wird.

23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das NF₃ während des Haupt- Ätzschritts mit einer Gasflussrate von etwa 20 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird, dass Cl₂ während des Haupt-Ätzschritts mit einer Gasflussrate von etwa 70 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird und das N₂ während des Haupt-Ätzschritts mit einer Gasflussrate von etwa 30 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird.

24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei das NF₃ während des kombinierten schonenden Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt mit einer Gasflussrate von etwa 3 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird, das Cl₂ während des kombinierten schonenden Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt mit einer Gasflussrate von etwa 50 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird, das Ar während des kombinierten schonenden Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs Schritt mit einer Gasflussrate von etwa 140 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird und das O₂ während des kombinierten schonenden Auftreff-Ätzschritt und Überätzungs-Schritt mit einer Gasflussrate von etwa 5 sccm in die Ätzkammer (100) eingebracht wird.