DE19860084A1 - Verfahren zum Strukturieren eines Substrats - Google Patents
Verfahren zum Strukturieren eines SubstratsInfo
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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
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie
und betrifft ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats.
Zur Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen, bei
spielsweise Halbleiterspeicher, muß eine Vielzahl von unter
schiedlichen Materialien, die z. B. in Form von Schichten auf
einem Grundsubstrat aufgebracht sind, strukturiert werden.
Dazu werden die zu strukturierenden Schichten mit einer ge
eigneten Ätzmaske bedeckt und anschließend einem Ätzmedium
ausgesetzt. Dieses führt durch physikalischen und/oder chemi
schen 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 An
griff des Ätzmediums auch zu einem teilweisen Entfernen der
Ätzmaske kommen, in dessen Folge die Schicht nicht mehr maß
haltig geätzt wird. Dies äußert sich beispielsweise in ge
neigten Ätzflanken der zu strukturierenden Schicht. Derartig
geneigte Ätzflanken verhindern jedoch die gewünschte maßhal
tige 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 da
bei 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 Material
ablagerungen während des Ätzens zu unterdrücken bzw. abzutra
gen. Derartige Ätzverfahren werden beispielsweise in den
Fachartikeln Yoo et al. "Control of Etch Slope during Etching
of Pt in Ar/Cl2/O2 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 Fach
artikeln wird Platin in einem Argonplasma anisotrop geätzt,
wobei dem Argonplasma Chlorionen als chemische Komponente zur
Reduzierung der Materialablagerungen beigesetzt sind. Ungün
stigerweise entstehen jedoch bei Verwendung dieser Verfahren
unerwünscht stark geneigte Platinätzflanken.
Das Ätzen von Platin in einem reinen Argonplasma wird in bei
den Fachartikeln trotz der dabei entstehenden relativ steilen
Ätzflanken vermieden, da die sich beim Ätzen ausbildenden Ma
terialablagerungen schwer entfernbar sind. Da die Material
ablagerungen aus dem gleichen Material wie die zu strukturie
rende Schicht bestehen, führt z. B. ein naßchemisches Entfer
nen der Materialablagerungen auch zu einem unerwünschten An
greifen der Schicht.
Es ist auch möglich, Platin bei stark erhöhten Temperaturen
zu ätzen, da das Platin bei hohen Temperaturen mit den Ätzga
sen flüchtige Verbindungen bildet. Voraussetzung hierfür ist
jedoch die Verwendung von sogenannten Hartmasken aus relativ
temperaturstabilen Maskenmaterialien. Der nachfolgend erfor
derliche Abtrag der Hartmasken führt jedoch gleichzeitig zu
einem Abtrag freigelegten Grundsubstrats und damit zu einer
unerwünschten Erhöhung der Topologie der zu prozessierenden
Struktur.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Struk
turieren eines Substrats anzugeben, bei dem möglichst steile
Ätzflanken entstehen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
eines derartigen Verfahrens zu benennen.
Diese 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 unter Verwen dung der Ätzmaske geätzt;
- - ein aus zumindest einer Düse strömender Gasstrom wird zum Entfernen der Ätzrückstände und gegebenenfalls der Ätzmaske auf das Substrat gerichtet, wobei der Gasstrom die Ätzrück stände 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
Ätzrückstände gerichteten Gasstrom diese durch die Wucht des
Gasstroms vom Substrat entfernt werden. Insbesondere bei ei
ner ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms
lassen sich auch festhaftende Ätzrückstände 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 Strömungsgeschwindigkeit
versehenen Gasstrom bildet.
Günstig ist es weiterhin, daß der Gasstrom kälter als das
Substrat ist. Dies führt dazu, daß durch den gekühlten
Gasstrom mechanische Spannungen im Substrat erzeugt werden,
die zu einem Abplatzen der Ätzrückstände und der Ätzmaske
bzw. der Ätzmaskenreste führen. Dadurch wird die Reinigungs
wirkung des Gasstroms infolge einer Impulsübertragung von den
Gasmolekülen auf die Ätzrückstände unterstützt.
Die Reinigungswirkung des Gasstroms wird weiterhin auch vor
teilhaft dadurch erhöht, daß der Gasstrom bevorzugt zumindest
kondensierte und/oder erstarrte Gaspartikel enthält. Die
durch kondensiertes und/oder erstarrtes Gas gebildeten Gas
partikel, z. B. Eiskristalle, schlagen beim Auftreten auf
Ätzrückstände diese vom Substrat fort. Die Gaspartikel soll
ten zur Vermeidung von Schäden am strukturierten Substrat
klein genug sein, um ein Abtragen des Substrats durch die
Gaspartikel weitestgehend auszuschließen. Die Größe der Gas
partikel hängt unter anderem vom Durchmesser der Düsenöffnung
ab und kann dadurch relativ einfach angepaßt werden.
Bisher wurden derartige Gaspartikel zum Entfernen von auf ei
ner Oberfläche liegenden Schmutzpartikeln verwendet. Dazu
wurde CO2-Gas durch eine Düse gepreßt, wobei sich das Gas da
bei abkühlt und zumindest teilweise erstarrt. Die dabei ge
bildeten Gaspartikel (Trockeneis, Schnee) treffen auf die
Oberfläche und entfernen die Schmutzpartikel. Geeignete Dü
senformen und Düsengrößen 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 häu
fig aus einem amorphen oder polykristallinen Gemisch aus Sub
stratrückständen- und Ätzmaskenbestandteilen, die mechanisch
fest mit dem zu strukturiendem Substrat verbunden sind. Die
Substratrückstände, d. h. Materialablagerungen, schlagen sich
zumindest teilweise während des Ätzprozesses an den Seiten
flanken der Ätzmaske und auf der Oberseite der Ätzmaske nie
der und bilden dort zusammen mit teilweise aufgelockerten und
oberflächennahen Ätzmaskenschichten eine mehrkomponentige
festhaftende Schicht. Daher kann auch von aufgewachsenen Ma
terialablagerungen gesprochen werden. Diese sind chemisch oh
ne Angriff des Substrats nur schwer zu entfernen, da ein che
mischer Abtrag der Materialablagerungen gleichzeitig das Sub
strat angreifen würde.
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 enthal
ten 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 physi
kalischer Komponente zu ätzen und dadurch sehr steile Pro
filflanken (70°-90°) des geätzten Substrats zu erhalten.
Die bei diesem Ätzen, z. B. Argonsputtern, entstehenden uner
wünschten Materialablagerungen auf der Ätzmaske 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 verlie
ren 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 Hochtemperatur
schritt oder durch naßchemischen Abtrag entfernt werden. Gün
stig ist weiterhin eine abschließende 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 Umständen das
Grundsubstrat selbst sein.
Der zweite Teil der Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung, wobei
- - die Vorrichtung mit einer Ätzkammer verunreinigungsdicht verbindbar ist;
- - ein Substrat von der Ätzkammer zur Vorrichtung einführbar ist; und
- - die Vorrichtung zumindest eine auf das Substrat richtbare Düse zum Formen zumindest eines gerichteten Gasstroms ent hält, der zum Entfernen von Ätzrückständen und gegebenen falls einer Ätzmaske von dem Substrat dient.
Gemäß der Erfindung kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach dem Ätzen des Substrats dieses durch den Gasstrom gerei
nigt werden, ohne daß das Substrat beim Transport zur Vor
richtung schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Zu die
sem Zweck ist die erfindungsgemäße Vorrichtung verunreini
gungsdicht mit der Ätzkammer verbunden. Dies ist beispiels
weise durch geeignete abdichtbare Ansatzstutzen möglich,
durch die gleichzeitig auch das Substrat von der Ätzkammer
zur Vorrichtung überführt werden kann. Durch das verunreini
gungsfreie Verbinden der Vorrichtung mit der Ätzkammer wird
auch ein Verunreinigen der Ätzkammer selbst bei der Entnahme
des Substrats vermieden. Günstig 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 Vorkühlen
des Gasstroms weist die Düse bzw. eine Gaszufuhreinrichtung
eine Kühlvorrichtung auf. Durch die Kühlvorrichtung kann das
Gas zumindest soweit abgekühlt werden, daß bei einer bevor
zugt adiabatischen Entspannung des Gases dessen weitere Ab
kühlung 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 kei
ne 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 Ausführungsbei
spiels beschrieben und schematisch in einer Zeichnung darge
stellt. Es zeigen:
Fig. 1a bis 1e einzelne Verfahrensschritte des erfin
dungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 und 3 auf einem Schichtenstapel verbliebene
Ätzrückstände, und
Fig. 4 und 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
In Fig. 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 stel
len hier das zu strukturierende Substrat dar. Die Schicht 10
besteht bevorzugt aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Die
Barrierenschicht 15 besteht ihrerseits aus einer etwa 100 nm
dicken Titannitridschicht und einer darunter befindlichen et
wa 20 nm dicken Titanschicht. Die Platinschicht 20 ist etwa
250 nm dick. Auf die Platinschicht 20 wird nachfolgend eine
Ätzmaske 25 aufgebracht. Die Ätzmaske 25 kann aus einem foto
lithografisch strukturierbaren Material, beispielsweise Pho
tolack, 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 Barrieren
schicht 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 evaku
iert wurde. Danach wird die Platinschicht 20 in reinem Argon
plasma etwa 3 Minuten lang bei etwa 50°C geätzt, wobei das
verwendete Magnetfeld etwa 0,008 T (80 Gauss) aufweist und die
zur Aufrechterhaltung des Plasmas nötige Leistung etwa 750 Watt
beträgt. Der Argonätzprozeß ist ein nahezu rein physika
lischer 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 gleich
zeitig als Ätzstoppschicht, so daß ein eventuell auftretendes
räumlich inhomogenes Ätzen der Platinschicht 20 nicht zu ei
ner ungleichmäßigen Ätztopologie führt.
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 Platin
schicht 20 nur nach die Materialablagerungen 30 in Form von
steilen Wänden verbleiben. Es ist möglich, daß bei diesem Ve
raschen 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
(H2O2+H2SO4) oder durch ein Hydroxylamin, Katechol und Ethy
lendiamin enthaltendes Reinigungsmedium entfernt werden. Al
ternativ kann auch die gesamte Ätzmaske 25 naßchemisch ent
fernt werden.
Eventuell verbliebene Ätzmaskenrückstände und die Material
ablagerungen 30 werden nachfolgend durch einen Gasstrahl aus
Kohlendioxid weitestgehend rückstandsfrei von der Platin
schicht 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 Er
starrungstemperatur ab und es bilden sich CO2-Eispartikel 45.
Diese stellen die kondensierten bzw. erstarrten Gaspartikel
dar. Bevorzugt wird flüssiges CO2, das unter hohem Druck auf
bewahrt wird, verwendet, wobei die Düse 40 in einem Abstand
von etwa 1 bis 3 cm 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 da
bei gleichzeitig um eine senkrecht zu Substratoberfläche ste
hende 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 Stickstoff
gas.
Die genaue Ausgestaltung der Düsenformen sowie weitere bevor
zugte Prozeßparameter zur Bildung des CO2-Gasstroms können
der US-Patentschrift 4,806,171 aus den Spalten 3 bis 8 ent
nommen werden, die hiermit als Referenz eingeführt wird.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß das auf die Oberfläche auftreffende CO2-Gas sowie
die eventuell auftretende CO2-Verreisung rückstandsfrei durch
Heizen des Grundmaterials 5 beseitigt werden kann. Es hat
sich gezeigt, daß auch CO2-Gas mit einem Reinheitsgrad von
mindestens 99% ohne zusätzliche Verschmutzung der Platin
schicht 20 verwendet werden kann. Daher ist dieses Verfahren
auch besonders kostengünstig.
Durch die Bildung von flüssigem oder superkritischem Kohlen
dioxid bei der Expansion des Gases oder Aufprall von Gaspar
tikeln auf die Substratoberfläche ist gleichzeitig auch ein
organisches Lösungsmittel vorhanden, so daß dadurch auch or
ganische 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 Ätzmaske 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 Material
ablagerungen 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 CO2-Gases und der CO2-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 Rei
bungskraft der Gasmoleküle jedoch oftmals nicht mehr aus,
weswegen unterstützend die massemäßig deutlich größeren Gas
partikel hinzutreten. Diese schlagen dabei regelrecht die Ma
terialablagerungen von der Substratoberfläche ab, die dadurch
vom Gasstrom fortgetragen werden können. Der mechanische Ab
trag wird durch das Abkühlen des Grundmaterials 5 und aller
darauf befindlichen Schichten unterstützt, da die Materia
lien, insbesondere die Lackreste, bei tiefen Temperaturen
spröde werden und leichter abplatzen.
Ähnliche Reinigungsergebnisse werden mit Argon oder Stick
stoff erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum
gemeinsamen Strukturieren eines Schichtenstapels 55 verwendet
werden, der aus einer Barrierenschicht 15, einer Platin
schicht 20 sowie einer Metalloxidschicht 60 besteht. Derar
tige Schichtenstapel 55 werden beispielsweise zur Herstellung
von Halbleiterspeichern verwendet. Die Metalloxidschicht 60
besteht bevorzugt aus einem Material der allgemeinen Form
ABOx, 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 O für Sauer
stoff steht. X liegt zwischen 2 und 12. Ein Vertreter dieser
Stoffklasse ist beispielsweise Strontium-Wismut-Tantalat
(SrBi2Ta2O9). Die beim Ätzen dieses Schichtenstapels 55 ent
stehenden Materialablagerungen 30 können nach dem Veraschen
der Ätzmaske auch zueinander leicht geneigt sein. Dies ist in
Fig. 2 dargestellt. Die unter dem Schichtenstapel 55 befind
liche Schicht 10 wirkt beim Ätzen des Schichtenstapels 55
gleichzeitig als Ätzstoppschicht. In Fig. 3 sind die Mate
rialablagerungen 30 infolge des gemeinsamen Ätzens einer wei
teren Platinschicht 62 und der Metalloxidschicht 60 darge
stellt.
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 Fig. 5 dargestellt ist. Die
se weist eine Schleuse 70 zum Einführen des Substrats 75 in
die Reinigungskammer 65 auf. Weiterhin ist die Reinigungs
kammer 65 mit einer hier nicht näher dargestellten Vakuum
pumpe 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 Sub
strat 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 Fig. 4 ist die Reinigungskammer 65, die hier die er
findungsgemäße 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. Be
vorzugt 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 zwi
schen Reinigungskammer 65 und vorgeschalteten Kammern (Trans
portstation 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 soll
te daher geringer als der Druck in den übrigen Kammern sein.
Während der Reinigung werden die gelösten Ätzrückständen
ständig abgesaugt, wobei infolge des einströmenden CO2-Gases
der Druck in der Reinigungskammer 65 leicht erhöht sein kann.
5
Grundmaterial
10
Schicht/Siliziumoxid/Siliziumnitrid
15
Barrierenschicht/Ätzstoppschicht
20
Platinschicht
25
Ätzmaske
27
Ätzflanke/Seitenwand
30
Materialablagerungen/Ätzrückstände
35
Rückstände
40
Düse
45
CO2
-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 (19)
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 Ätzverfah rens unter Verwendung der Ätzmaske (25) geätzt;
- - ein aus zumindest einer Düse (40) strömender Gasstrom (50) wird zum Entfernen der Ätzrückstände (30) und gegebenen falls 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
der Gasstrom (50) kälter als das Substrat (5, 15, 20, 60)
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Gasstrom (50) zumindest kondensierte und/oder erstarrte
Gaspartikel (45) enthält.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Gasstrom (50) infolge einer Gasexpansion an der Düse (40)
abgekühlt wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Gasstrom (50) vor Austreten aus der Düse (40) abgekühlt
wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein gegenüber dem Substrat (5, 15, 20, 60) weitestgehend
inertes Gas, bevorzugt Kohlendioxid (CO2), Argon (Ar), Stick
stoff (N2) oder ein Gemisch dieser Gase, verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch das Ätzen zumindest auf dem Substrat (5, 15, 20, 60)
festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablage
rungen entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetra
genes Substrat (5, 15, 20, 60) enthalten und die Ätzrück
stände (30) darstellen.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Ätzverfahren eine hohe physikalische Ätzkomponente auf
weist.
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 ent
fernt 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 10,
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 ein führbar ist und
- - die Vorrichtung zumindest eine auf das Substrat (75) richt bare Düse (40) zum Formen zumindest eines gerichteten Gasstroms (50) enthält, der zum Entfernen von Ätzrückstän den (30) 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
der gerichtete Gasstrom (50) unter Bildung von kondensierten
und/oder erstarrten Gaspartikeln (45) an der Düse (40) expan
dierbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Kühlvorrichtung (48) zum Kühlen des durch die Düse (40)
leitbaren Gases vorgesehen ist.
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