DE10027932A1 - Verfahren zum Ätzen einer Isolierschicht eines Bauelements - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer Isolierschicht eines elektronischen oder mikroelektronischen Bauelements, insbesondere ein Verfahren zum Oxidätzen unter Einsatz eines Katalysators. Der Katalysator ist während der Ätzung anwesend, er kann als gasförmiger Zusatz und/oder als Zwischenschicht auf dem Bauelement vorliegen. DOLLAR A Außerdem betrifft sie ein Bauelement mit in ein Dielektrikum geätzten Strukturen, bei dem Spuren eines Ätz-Katalysators im und/oder um das Kontaktblech und/oder die Struktur nachweisbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen einer Isolier­ schicht eines elektronischen oder mikroelektronischen Bauele­ ments, insbesondere ein Verfahren zum Oxidätzen unter Einsatz eines Katalysators.

Bei der Herstellung elektronischer oder mikroelektronischer Bauelemente ist unter anderem für die Verdrahtung die Ausbil­ dung tiefer Lochstrukturen und/oder sogenannter Kontaktlöcher erforderlich.

Da die Integrationsdichte der Bauelemente ständig erhöht und dadurch gleichzeitig die lateralen Ausdehnungen ständig er­ niedrigt werden, ergeben sich immer komplexere und engere Strukturen. Deshalb sind immer präzisere und zuverlässigere Ätzverfahren nötig, um komplizierte Strukturen auf kleinstem Raum zu realisieren.

Mit zunehmendem Integrationsgrad nimmt das Aspektverhältnis (Verhältnis der Tiefe eines Kontaktloches zu seinem Durchmes­ ser) zu. Die Ätzraten nehmen dabei jedoch gleichzeitig dra­ stisch ab, so dass nach Techniken gesucht wird, die der Ab­ nahme der Ätzraten bei größer werdendem Aspektverhältnis ent­ gegenwirken.

Bekannt sind Ätzverfahren, beipielsweise aus der US 5,653,851 bei denen eine wachsende Abnahme der Ätzrate mit zunehmendem Aspektverhältnis, d. h. mit zunehmender Tiefe der zu ätzenden Struktur in Kauf genommen wird. Die Wahrscheinlichkeit, mit der Ionen oder angeregte, neutrale Spezies, die den Ätzpro­ zess ausführen, auf der zu ätzenden Oberfläche auftreffen, wird immer kleiner, da diese zum Teil seitlich an den inneren Oberflächen der geätzten Struktur abprallen und in eine ande­ re Richtung gelenkt werden, wobei ihre Energie verloren geht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erhöhung der Ätzrate, insbesondere bei der Ätzung einer Isolierschicht zu schaffen, durch das die Ätzrate bei zunehmendem Aspektver­ hältnis und/oder bei zunehmender Ätztiefe langsamer abnimmt, gleichbleibt und/oder sogar steigt.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Ätzen einer Isolierschicht, bei dem vor und/oder während der Ätzung ein Katalysator anwesend ist. Außerdem ist Gegenstand der Erfin­ dung ein Bauelement mit zumindest einem Kontaktloch und/oder einer tiefen Struktur, bei dem Spuren eines Ätz-Katalysators im und/oder um diese Struktur nachweisbar sind.

Der Katalysator kann auch direkt in der Lochstruktur enthal­ ten sein, z. B. an den Innenflächen des Loches und/oder des Grabens. Während der Ätzung ist der Katalysator anwesend, an einer Stelle oder an mehreren Stellen, als Feststoff, in der Gasphase und/oder als flüssiger Zusatz.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn der Katalysator während der Ätzung in der Gasphase vorhanden ist, d. h. wenn er gasförmig zugesetzt wird. Die Menge des Katalysators richtet sich nach der Aktivität der eingesetzten Spezies, sowohl im Hinblick auf die chemische Verbindung als auch im Hinblick auf deren Aggregatszustand. So kann ein gasförmiger Zusatz in geringe­ ren Mengen als ein fester ausreichen, weil bei dem festen Zu­ satz z. B. nur die freiliegende Oberfläche katalytisch aktiv wird.

Der Katalysator ist auch, nach einer Ausführungsform, Teil einer Komponente der Ätzkammer, wie z. B. des Prozesskits, des Kammerliners und/oder des shadow rings. Während des Ätzpro­ zesses wird durch die Betriebstemperatur, den Betriebsdruck das Plasma und ähnliches der Katalysator in ausreichender Menge freigesetzt, so dass die Ätzrate erhöht wird.

Nach einer Ausführungsform liegt der Katalysator auf dem Wa­ fer selbst vor. Dabei wird der Katalysator beispielsweise be­ reits in die zu ätzende Isolierschicht eingebunden. Alterna­ tiv kann er z. B. in Form zumindest einer Katalysatorschicht in die Isolierschicht eingebracht werden. So entsteht z. B. ein Dielektrikum mit Sandwichstruktur, in dem es eine oder mehrere Katalysatorschichten gibt. Alternativ oder ergänzend dazu kann in der Isolierschicht ein Spacer aus Katalysatorma­ terial eingesetzt werden.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Katalysator eine Titan enthaltende Verbindung wie z. B. Titannitrid (TiN). Dabei kann der Katalysator eine Einzelsubstanz sein oder auch ein Gemisch aus mehreren Verbindungen.

Als Katalysator dient jede Substanz, deren Anwesenheit wäh­ rend der Ätzung zu einer Erhöhung der Ätzrate führt. Dabei ist bei zunehmendem Aspektverhältnis und/oder zunehmender Ätztiefe auch die Verlangsamung der Abnahme, die Beibehaltung und/oder Steigerung der Ätzrate gemeint.

Die "zu ätzende Struktur" ist die Isolierschicht eines Bau­ elements, die entsprechend einer vorgegebenen Maske durchge­ ätzt wird, damit ein freier Kontakt zu einer tiefer liegenden Schicht möglich wird. Das Material der Isolierschicht ist beispielsweise ein Dielektrikum wie Siliziumoxid/Silizium­ nitrid.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Ausführungsformen näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils einen Querschnitt durch ein Bauelement mit Schichtaufbau, wobei nur der enge Ausschnitt einer Lochstruktur zu sehen ist.

Fig. 1 zeigt ein Silizium-Substrat 1. Auf dem Substrat 1 ist eine erste Isolierschicht 2 aufgebracht, z. B. aus Siliziumoxid (SiO₂). In dieser Schicht eingebettet findet sich eine dünne Schicht 3 mit Katalysatormaterial wie z. B. einer titan­ haltigen Verbindung. Die Isolierschicht 2 besitzt dementspre­ chend eine Sandwichstruktur. Oben auf der Isolierschicht 2 ist eine Schicht mit Photolack 4 aufgebracht, die das Ätzmu­ ster vorgibt. Das Ausmaß der zu ätzenden Struktur wird durch den fehlenden Photolack und die Tiefe durch die Höhe der Iso­ lierschicht vorgegeben. An der Stelle der Isolierschicht 2, an der der Photolack 4 fehlt, soll die Isolierschicht 2 bis zum Substrat 1 durchgeätzt werden. Am Beginn der Ätzung, also bei der Ätzung des oberen Teils der Isolierschicht 2b beträgt die Ätzrate beispielsweise 500 nm/min. Nachdem die Katalysa­ torschicht an der inneren Oberfläche 5 der zu ätzenden Struktur freigelegt wird, steigt die Ätzrate für die untere Iso­ lierschicht 2a auf über 800 nm/min an. Dies ist auf die Wirk­ samkeit des Katalysators zurückzuführen.

Fig. 2 zeigt die Verwendung eines Katalysator-Spacers. Die Figur teilt sich in 6 Teilbilder auf, die den Ablauf des Ver­ fahrens zeigen. Im ersten Teilbild (1) sieht man ganz unten zunächst das Substrat 1, das z. B. aus einkristallinem Silizium besteht, auf das ein Metall (z. B. Aluminium), Polysilizium und/oder elektrisch isolierendes Material aufgebracht ist. Darüber ist die Isolierschicht 2 aufgebracht. Im Anschluß an die Isolierschicht 2 befindet sich die strukturierte Maske 4, die aus Photolack, Polyimid, Photoimid oder ähnlichem bestehen kann. Hier sieht man die fertige Strukturierungsmaske 4 auf der noch völlig ungeätzten Isolierschicht 2. Das Teilbild (1) ist Stand der Technik. Ebenso ist das Teilbild (2) Stand der Technik, es zeigt das Ergebnis einer Teilätzung der Isolierschicht 2, die mit einer üblichen Ätzrate verläuft. Im Teilbild (3) ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung auf die Oberfläche der teilgeätzten Isolierschicht ein Film 5 aus Katalysatormaterial, z. B. Titannitrid, aufgebracht. Die Aufbringung des Films erfolgt z. B. durch Aufdampfen oder übliche Beschichtungstechniken wie PVD (Physical Vapour Deposi­ tion) und/oder MOCVD (Metal Organic Chemical Vapour Depositi­ on). Wie aus Teilbild (4) zu erkennen ist, wird dieser Film dann durch eine Teilätzung, die eine Spacerätzung mit Überät­ zung sein kann, strukturiert. Es entsteht, wie in Teilbild (5) zu erkennen ist, ein Spacer 6 aus Katalysatormaterial, wobei lediglich an der inneren Oberfläche der zu ätzenden Struktur noch Katalysatormaterial haftet. In diesem Zustand findet die vollständige Ätzung der Isolierschicht statt, die dank des haftenden Katalysators mit höheren Ätzraten als nach dem Stand der Technik verläuft. Teilbild (6) zeigt die fertig geätzte Struktur, bei der die Maske bereits entfernt ist. Im Ausführungsbeispiel bleibt der Katalysator Spacer 6 in der geätzten Struktur erhalten, es ist aber auch möglich, den Ka­ talysator wieder aus der Isolierschicht zu entfernen.

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es erstmals möglich, die Ätzrate des jeweils verwendeten Reaktors bei der Ätzung der Isolierschicht eines Bauelements über die gesamte Dauer der Ätzung zu erhöhen. Das bedeutet, dass zumindest die dra­ stische Abnahme der Ätzrate, gegen die bislang gekämpft wird, eingedämmt werden kann. Damit wird eine bessere Auslastung der eingesetzten Maschinen und ein erhöhter Scheibendurchsatz bei den Anlagen, insbesondere bei Clusteranlagen erreicht. Dies wird durch die Anwesenheit eines Katalysators möglich, der an verschiedenen Stellen, vom Wafer, der Gasphase bis hin zu Kammerelementen, eingebaut sein kann und in verschiedenen Aggregatszuständen vorliegen kann.

Die Erfindung betrifft auch ein Bauelement mit in ein Dielek­ trikum geätzten Strukturen, bei dem Spuren eines Ätz-Katalysators im und/oder um das Kontaktloch und/oder die Struktur nachweisbar sind.

Claims (10)

1. Elektronisches oder mikroelektronisches Bauelement mit zu­ mindest einem Kontaktloch und/oder einer tiefen Struktur, bei dem Spuren eines Ätz-Katalysators im und/oder um das Kontaktloch und/oder die Struktur nachweisbar sind.

2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem eine titanhaltige Ver­ bindung und/oder Titan nachweisbar ist.

3. Verfahren zum Ätzen einer Isolierschicht, bei dem vor und/oder während der Ätzung ein Katalysator anwesend ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem vor und/oder während der Ätzung ein Katalysator an zumindest einer inneren Ober­ fläche der zu ätzenden Struktur aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem der Katalysator bereits Teil der Isolierschicht ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Katalysator als Spacer eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 6, bei dem der Katalysator der Gasphase zugesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem vor und/oder während der Ätzung ein Katalysator auf Teilbereichen des zu ätzenden Wafers/Substrates aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 8, bei dem der Katalysator Teil der Ätzkammer ist.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 9, bei dem als Katalysator eine Titanverbindung eingesetzt wird.