DE19860084B4

DE19860084B4 - Verfahren zum Strukturieren eines Substrats

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Publication number: DE19860084B4
Application number: DE19860084A
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Weinrich; Manfred Dr. Engelhardt; Franz Dr. Kreupl; Manuela Schiele; Annette Dr. Sänger; Walter Hartner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: DE19860084A1; WO2000039847A1

Abstract

Verfahren zum Strukturieren eines Substrats mit folgenden Schritten:
– ein Substrat (5, 15, 20, 60) mit einer Platinschicht (20) und einer Barrierenschicht (15) wird bereitgestellt;
– auf das Substrat (5, 15, 20, 60) wird eine Ätzmaske (25) aufgebracht;
– die Platinschicht (20) und die Barrierenschicht (15) werden mittels eines Ätzverfahrens unter Einwirkung eines reinen Argonplasmas mit nahezu rein physikalischem Abtrag unter Verwendung der Ätzmaske (25) geätzt, wobei durch das Ätzen zumindest auf dem Substrat (5, 15, 20, 60) festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetragenes Substrat (5, 15, 20, 60) enthalten und Ätzrückstände (30) darstellen;
– ein aus zumindest einer am Ende einer Druckleitung (100) vorgesehenen Düse (40) strömender und sich dabei adiabatisch entspannender Gasstrom (50) wird vor dem Austreten aus der Düse (40) mittels einer Kühlvorrichtung (48), welche die Druckleitung (100) wie auch die zumindest eine Düse (40) umgibt,...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats.
Zur Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen, beispielsweise Halbleiterspeichern, muss eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien, die z.B. in Form von Schichten auf einem Grundsubstrat aufgebracht sind, strukturiert werden. Dazu werden die zu strukturierenden Schichten mit einer geeigneten Ätzmaske bedeckt und anschließend einem Ätzmedium ausgesetzt. Dieses führt durch physikalischen und/oder chemischen Abtrag zu einem Entfernen der zu strukturierenden Schicht von den nicht durch die Ätzmaske bedeckten Bereichen. Beim Ätzen kann es jedoch durch den Angriff des Ätzmediums auch zu einem teilweisen Entfernen der Ätzmaske kommen, in dessen Folge die Schicht nicht mehr maßhaltig geätzt wird. Dies äußert sich beispielsweise in geneigten Ätzflanken der zu strukturierenden Schicht. Derartig geneigte Ätzflanken verhindern jedoch die gewünschte maßhaltige Strukturierung.

Besondere Schwierigkeiten bereitet das Ätzen von Metall- und Metalloxidschichten. So erhält man beispielsweise beim Ätzen von Platin mit einem Ätzverfahren mit hoher physikalischer Komponente relativ steile Ätzflanken, jedoch bilden sich dabei gleichzeitig Materialablagerungen an der Ätzmaske aus, die nur äußerst schwer entfernbar sind. Daher wird neben der physikalischen Komponente dem Ätzverfahren zusätzlich eine reaktive chemische Komponente zugeordnet, um diese Materialablagerungen während des Ätzens zu unterdrücken bzw. abzutragen. Derartige Ätzverfahren werden beispielsweise in den Fachartikeln Yoo et al. „Control of Etch Slope during Etching of Pt in Ar/Cl₂/O₂ Plasmas", Japanese Journal of Applied Physics Vol. 35, 1996, Seiten 2501 bis 2504 und Park et al. „Platinium Etching in an Inductively Coupled Plasma" 26^th Essderc 1996, Seiten 631 bis 634 beschrieben. In beiden Fachartikeln wird Platin in einem Argonplasma anisotrop geätzt, wobei dem Argonplasma Chlorionen als chemische Komponente zur Reduzierung der Materialablagerungen beigesetzt sind. Ungünstigerweise entstehen jedoch bei Verwendung dieser Verfahren unerwünscht stark geneigte Platinätzflanken.

Das Ätzen von Platin in einem reinen Argonplasma wird in beiden Fachartikeln trotz der dabei entstehenden relativ steilen Ätzflanken vermieden, da die sich beim Ätzen ausbildenden Materialablagerungen schwer entfernbar sind. Da die Materialablagerungen aus dem gleichen Material wie die zu strukturierende Schicht bestehen, führt z. B. ein nasschemisches Entfernen der Materialablagerungen auch zu einem unerwünschten Angreifen der Schicht.

Es ist auch möglich, Platin bei stark erhöhten Temperaturen zu ätzen, da das Platin bei hohen Temperaturen mit den Ätzgasen flüchtige Verbindungen bildet. Voraussetzung hierfür ist jedoch die Verwendung von so genannten Hartmasken aus relativ temperaturstabilen Maskenmaterialien. Der nachfolgend erforderliche Abtrag der Hartmasken führt jedoch gleichzeitig zu einem Abtrag des freigelegten Grundsubstrats und damit zu einer unerwünschten Erhöhung der Topologie der zu prozessierenden Struktur.

Beim Ätzen von Platin mit Chlorionen kann es zu einer Filmbildung auf der Ätzmaske kommen, die ein Entfernen der Ätzmaske behindert. Daher wurde gemäß der JP 5-21405 (A) vorgeschlagen, die gebildeten Filme mittels einer Bürstenreinigung unter Zuhilfenahme eines Wasserstrahls zu entfernen. Die Reinigung mit Wasser ist jedoch insbesondere bei Verfahren zur Herstellung von ferroelektrischen Speichern aufgrund der Empfindlichkeit des Ferroelektrikums ungeeignet. Darüber hinaus führt die Reinigung mit einer Bürste bei sehr festsitzenden Materialablagerungen nicht zu einem gewünschten Ergebnis.

Die gleichen Probleme treten auch bei einem Verfahren gemäß DE 41 03 577 A1 auf, bei dem separat gebildete Eiskörner mit einem Trägergas auf ein zu reinigendes Substrat gebracht werden.

Aus der US 5, 378, 312 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterstruktur mit Seitenwänden bekannt, bei dem zur Entfernung von Ätzrückständen ein von einer Düse abgegebener „kryogener Druckstrahl" verwendet wird, welcher kryogene Partikel enthält und aus Kohlendioxyd, Argon oder Stickstoff besteht. In dieser Schrift wird auch auf die US 5,366,156A verwiesen, aus der die thermische Ankopplung der Düse an eine Kühlvorrichtung bekannt ist.

Weiterhin ist aus der US 5,931,721 A bzw. JP 8-298 252 A ein Verfahren zum Bearbeiten einer Oberfläche bekannt, bei dem gefrorene Aerosol-Partikel in einen Schall- oder Ultraschall-Gasstrahl auf eine zu reinigende Oberfläche in einer Vakuumkammer gerichtet sind, um beispielsweise Photoresist-Rückstände oder Reste vorhergehender Bearbeitungsschritte zur Reinigung von Halbleiter-Substraten zu entfernen. Für das Aerosol werden kryogene Partikel, wie beispielsweise Argon, verwendet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Strukturieren eines Substrats anzugeben, bei dem möglichst steile Ätzflanken entstehen und gebildete Ätzrückstände weitestgehend rückstandsfrei entfernbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Schritten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, Ätzrückstände sowie die ggf. auf dem Substrat verbliebene Ätzmaske durch einen gerichteten Gasstrom weitestgehend rückstandsfrei zu entfernen. 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 einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms lassen sich auch festhaftende Ätzrückstände entfernen. Der Gasstrom wird bevorzugt durch eine Düse geformt, durch die das komprimierte Gas hindurchtritt 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 Reinigungswirkung des Gasstroms infolge einer Impulsübertragung von den Gasmolekülen auf die Ätzrückstände unterstützt.

Die Reinigungswirkung des Gasstroms wird weiterhin auch vorteilhaft dadurch erhöht, dass der Gasstrom bevorzugt zumindest kondensierte und/oder erstarrte Gaspartikel enthält. Die durch kondensiertes und/oder erstarrtes Gas gebildeten Gaspartikel, z. B. Eiskristalle, schlagen beim Auftreten auf Ätzrückstände diese vom Substrat fort. Die Gaspartikel sollten zur Vermeidung von Schäden am strukturierten Substrat klein genug sein, um ein Abtragen des Substrats durch die Gaspartikel weitestgehend auszuschließen. Die Größe der Gaspartikel hängt unter anderem vom Durchmesser der Düsenöffnung ab und kann dadurch relativ einfach angepasst werden.

Bisher wurden derartige Gaspartikel bevorzugt zum Entfernen von auf einer Oberfläche liegenden Schmutzpartikeln verwendet. Dazu wurde CO₂-Gas durch eine Düse gepresst, wobei sich das Gas dabei abkühlt und zumindest teilweise erstarrt. Die dabei gebildeten Gaspartikel (Trockeneis, Schnee) treffen auf die Oberfläche und entfernen die Schmutzpartikel. Geeignete Düsenformen und Düsengrößen zum Expandieren eines Gases unter Bildung von erstarrten Gaspartikeln geeigneter Größe sind beispielsweise in der US 4,806,171 beschrieben.

Durch Versuche konnte jedoch festgestellt werden, dass derartige Gasströme auch zum Entfernen von fest anhaftenden Ätzrückständen geeignet sind. Diese bestehen häufig aus einem amorphen oder polykristallinen Gemisch aus Substratrückständen- und Ätzmaskenbestandteilen, die mechanisch fest mit dem zu strukturierenden Substrat verbunden sind. Die Substratrückstände, d. h. Materialablagerungen, schlagen sich zumindest teilweise während des Ätzprozesses an den Seitenflanken der Ätzmaske und auf der Oberseite der Ätzmaske nieder und bilden dort zusammen mit teilweise aufgelockerten und oberflächennahen Ätzmaskenschichten eine mehrkomponentige festhaftende Schicht. Daher kann auch von aufgewachsenen Materialablagerungen gesprochen werden. Diese sind chemisch ohne Angriff des Substrats nur schwer zu entfernen, da ein chemischer Abtrag der Materialablagerungen gleichzeitig das Substrat angreifen würde.

Durch den gekühlten Gasstrom und die kondensierten und/oder erstarrten Gaspartikel werden die Ätzrückstände weitestgehend physikalisch entfernt. Ein chemischer Angriff auf das Substrat ist ausgeschlossen. Bevorzugt werden gegenüber dem Substrat weitestgehend inerte Gase, beispielsweise Kohlendioxid, Argon und Stickstoff, verwendet. Diese werden vor Austreten aus der Düse geeignet gekühlt.

Die Gaspartikel können daher entweder bereits im gekühlten Gas enthalten sein oder erst bei der adiabatischen Entspannung an der Düse gebildet werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, das Substrat nahezu ausschließlich mit einem Ätzverfahren mit physikalischer Komponente zu ätzen und dadurch sehr steile Profilflanken (70° – 90°) des geätzten Substrats zu erhalten. Die bei diesem Ätzen, z. B. Argonsputtern, entstehenden unerwünschten 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 verlieren die Ätzrückstände zum Teil ihre mechanische Unterstützung durch die Ätzmaske und können leichter durch den Gasstrom entfernt werden. Die Ätzmaske kann beispielsweise durch ein Veraschen des Ätzmaskenmaterials in einem Hochtemperaturschritt oder durch nasschemischen Abtrag entfernt werden. Günstig ist weiterhin eine anschließende 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.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass

– 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 enthält, der unter Bildung von kondensierten und/oder erstarrten Gaspartikeln an der Düse expandierbar ist, wobei der gerichtete Gasstrom zum Entfernen von Ätzrückständen, die auf dem Substrat als festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen bei einem Ätzvorgang mit nahezu rein physikalischem Abtrag entstehen, und gegebenenfalls einer Ätzmaske von dem Substrat dient.

In der Vorrichtung kann nach dem Ätzen des Substrats dieses durch den Gasstrom gereinigt werden, ohne dass das Substrat beim Transport zur Vorrichtung schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt ist. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung verunreinigungsdicht mit der Ätzkammer verbunden. Dies ist beispielsweise durch geeignete abdichtbare Ansatzstutzen möglich, durch die gleichzeitig auch das Substrat von der Ätzkammer zur Vorrichtung überführt werden kann. Durch das verunreinigungsfreie Verbinden der Vorrichtung mit der Ätzkammer wird auch ein Verunreinigen der Ätzkammer selbst bei der Entnahme des Substrats vermieden. Günstig ist es dabei, 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 bevorzugt adiabatischen Entspannung des Gases dessen weitere Abkühlung unter Bildung von kondensierten und/oder erstarrten Gaspartikel möglich ist.

Weiterhin sollte die Vorrichtung evakuierbar sein, damit beim Einschleusen des Substrats in die Vorrichtung aus dieser keine eventuell vorhandenen Schmutzpartikel in vorgeschaltete Kammern und insbesondere in die Ätzkammer gelangen können. Während der Reinigung sollte darüber hinaus die Vorrichtung ständig abgepumpt werden, um so die losgelösten Ätzrückstände weitestgehend aus der Vorrichtung zu entfernen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und schematisch in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

1a bis 1e einzelne Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,

2 und 3 auf einem Schichtenstapel verbliebene Ätzrückstände, und

4 und 5 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 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 20 und die Barrierenschicht 15 stellen hier das zu strukturierende Substrat dar. Die Schicht 10 besteht bevorzugt aus Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid. Die Barrierenschicht 15 besteht ihrerseits aus einer etwa 100 nm dicken Titannitridschicht und einer darunter befindlichen etwa 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 fotolithografisch strukturierbaren Material, beispielsweise Photolack, bestehen und dadurch leicht strukturiert werden. Sofern ein lichtunempfindliches Maskenmaterial verwendet wird, erfolgt das Strukturieren der Ätzmaske 25 unter Verwendung einer weiteren fotolithografisch strukturierbaren Schicht.
Anschließend werden die Platinschicht 20 und die Barrierenschicht 15 geätzt. Dies erfolgt bevorzugt in einem MERIE-Reaktor (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), wobei die Prozesskammer zuvor auf einen Druck von etwa 1,33 Pa evakuiert wurde. Danach wird die Platinschicht 20 in reinem Argonplasma etwa 3 Minuten lang bei etwa 50 °C geätzt, wobei das verwendete Magnetfeld etwa 0,008 T aufweist und die zur Aufrechterhaltung des Plasmas nötige Leistung etwa 750 Watt beträgt. Der Argonätzprozess ist ein nahezu rein physikalischer Ätzvorgang, da das Platin nur durch die beschleunigten Argonionen abgetragen wird. Da die Barrierenschicht 15 im Gegensatz zur Platinschicht 20 unterschiedlich stark durch Argon geätzt wird, dient die Barrierenschicht 15 hier gleichzeitig als Ätzstoppschicht, so dass ein eventuell auftretendes räumlich inhomogenes Ätzen der Platinschicht 20 nicht zu einer 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 Materialablagerungen 30 (Redepositions) an den Seitenwänden der Ätzmaske 25 aus. Diese bestehen überwiegend aus umverteilten Platin. Zum Entfernen dieser Materialrückstände und der Ätzmaske 25 werden anschließend mehrere Reinigungsschritte durchgeführt. Zunächst wird die Ätzmaske 25 durch Einwirkung eines Sauerstoffplasmas verbrannt, wodurch auf der Platinschicht 20 nur noch die Materialablagerungen 30 in Form von steilen Wänden verbleiben. Es ist möglich, dass bei diesem Veraschen die Ätzmaske 25 bis auf einige Rückstände 35 von der Platinschicht entfernt wird. Diese Rückstände 35 können durch eine nasschemische Reinigung in einer karoschen Säure (H₂O₂+H₂SO₄) oder durch ein Hydroxylamin, Katechol und Ethylendiamin enthaltendes Reinigungsmedium entfernt werden. Alternativ kann auch die gesamte Ätzmaske 25 nasschemisch entfernt werden.
Eventuell verbliebene Ätzmaskenrückstände und die Materialablagerungen 30 werden nachfolgend durch einen Gasstrahl aus Kohlendioxid weitestgehend rückstandsfrei von der Platinschicht 20 entfernt. Dazu wird das Kohlendioxid mit etwa 60 bar durch eine Düse 40 gepresst, so dass es sich nach dem Durchtritt durch die Düse 40 adiabatisch entspannen kann. Dabei kühlt sich das Kohlendioxid zumindest bis zu seiner Erstarrungstemperatur ab, und es bilden sich CO₂-Eispartikel 45. Diese stellen die kondensierten bzw. erstarrten Gaspartikel dar. Bevorzugt wird flüssiges CO₂, das unter hohem Druck aufbewahrt wird, verwendet, wobei die Düse 40 in einem Abstand von etwa 1 bis 3cm unter einem Abstrahlwinkel von etwa 45° zur Substratoberfläche gehalten wird. Zur Verhinderung der Kondensation von Wasser und einer möglichen Eisbildung liegt das Substrat auf einem geheizten Substratträger oder wird durch eine Lampenheizung erwärmt. Um ein gleichmäßiges Entfernen der Materialablagerungen 30 zu ermöglichen, wird die Düse rasterartig über das Substrat geführt, wobei dieses dabei gleichzeitig um eine senkrecht zur Substratoberfläche stehende Achse gedreht werden kann, damit der Gasstrom 50 die Substratoberfläche aus allen Richtungen überstreicht. Nach etwa 1 bis 5 Minuten sind die Materialablagerungen 30 von der Platinschicht 20 und dem Grundmaterial 5 entfernt.
Zur Vorkühlung des Gases weist die Düse 40 eine Kühlvorrichtung 48 in Form von Kühlleitungen auf. Ein geeignetes Kühlmittel ist beispielsweise kaltes Stickstoffgas.
Die genaue Ausgestaltung der Düsenformen sowie weitere bevorzugte Prozessparameter zur Bildung des CO₂-Gasstroms können unter anderem der US 4,806,171 A aus den Spalten 3 bis 8 entnommen werden.
Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das auf die Oberfläche auftreffende CO₂-Gas sowie die eventuell auftretende CO₂-Vereisung 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 Platinschicht 20 verwendet werden kann. Daher ist dieses Verfahren auch besonders kostengünstig.
Durch die Bildung von flüssigem oder superkritischem Kohlendioxid bei der Expansion des Gases oder Aufprall von Gaspartikeln auf die Substratoberfläche ist gleichzeitig auch ein organisches Lösungsmittel vorhanden, so dass dadurch auch organische Reste, z. B. eine aus einer organischen Substanz bestehende 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 25 ständig entfernt werden. Somit bildet sich dort nur eine äußerst dünne Schicht von Materialablagerungen aus.
Abschließend kann optional eine nasschemische Reinigung und/oder eine Reinigung mit weichen Bürsten (Scrubber) zum Entfernen von eventuell verbliebenen Partikeln bzw. Resten durchgeführt werden. Dies erfolgt bevorzugt mit einer verdünnten 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 Gasstroms und der darin enthaltenen Gaspartikel 45 erzielt. Durch den am Substrat bzw. an der Substratoberfläche vorbeistreichenden Gasstrom wird eine Reibungskraft erzeugt, die zu einem Forttragen der Ätzrückstände führt. Bei sehr festhaftenden und mit dem Substrat verbundenen Ätzrückständen reicht diese Reibungskraft der Gasmoleküle jedoch oftmals nicht mehr aus, weswegen unterstützend die massemäßig deutlich größeren Gaspartikel hinzutreten. Diese schlagen dabei regelrecht die Materialablagerungen von der Substratoberfläche ab, die dadurch vom Gasstrom fortgetragen werden können. Der mechanische Abtrag wird durch das Abkühlen des Grundmaterials 5 und aller darauf befindlichen Schichten unterstützt, da die Materialien, insbesondere die Lackreste, bei tiefen Temperaturen spröde werden und leichter abplatzen.
Ähnliche Reinigungsergebnisse werden mit Argon oder Stickstoff erzielt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum gemeinsamen Strukturieren eines Schichtenstapels verwendet werden, der aus einer Barrierenschicht 15, einer Platinschicht 20 sowie einer Metalloxidschicht 60 besteht. Derartige Schichtenstapel werden beispielsweise zur Herstellung von Halbleiterspeichern verwendet. Die Metalloxidschicht 60 besteht bevorzugt aus einem Material der allgemeinen Form ABO_x, wobei A für zumindest ein Metall aus der Gruppe Barium, Strontium, Niob, Blei, Zirkon, Lanthan, Wismut, Calcium und Kalium, B für Titan, Tantal oder Ruthenium und O für Sauerstoff stehen. x liegt zwischen 2 und 12. Ein Vertreter dieser Stoffklasse ist beispielsweise Strontium-Wismut-Tantalat (SrBi₂Ta₂O₉). Die beim Ätzen dieses Schichtenstapels entstehenden Materialablagerungen 30 können nach dem Veraschen der Ätzmaske auch zueinander leicht geneigt sein. Dies ist in 2 dargestellt. Die unter dem Schichtenstapel befindliche Schicht 10 wirkt beim Ätzen des Schichtenstapels gleichzeitig als Ätzstoppschicht. In 3 sind die Materialablagerungen 30 infolge des gemeinsamen Ätzens einer weiteren Platinschicht 62 und der Metalloxidschicht 60 dargestellt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Schichten mit sehr steilen Ätzflanken (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 5 dargestellt ist. Diese weist eine Schleuse 70 zum Einführen des Substrats 75 in die Reinigungskammer 65 auf. Weiterhin ist die Reinigungskammer 65 mit einer hier nicht näher dargestellten Vakuumpumpe über einen Absaugstutzen 80 verbunden. Das Substrat 75 liegt auf einem beheizbaren Substratträger 85, der über eine Heizung 90 beheizt wird. In der Prozesskammer 65 sind weiterhin bewegbare Düsen 40 angeordnet, die rasterförmig das Substrat 75 überstreichen können.
Die Gase zum Entfernen der Ätzrückstände 30 werden den Düsen 40 über eine Druckleitung 100 zugeführt. Diese, wie auch die Düsen 40, sind von einer Kühleinrichtung 48 zum Vorkühlen des Gases umgeben.
Gemäß 4 ist die Reinigungskammer 65 abgedichtet mit einer Ätzkammer 110 verbunden. Als Zwischenglied zwischen Ätzkammer 110 und Reinigungskammer 65 dient eine Transportstation oder Transferkammer 115, durch die das zu strukturierende Substrat von der Ätzkammer 110 zur Reinigungskammer 65 transportiert werden kann. Zusätzlich ist an der Transportstation 115 noch eine Kammer 120 zum Veraschen der Ätzmaske angeflanscht. Bevorzugt ist die Reinigungskammer 65 als so genanntes Cluster-Tool ausgebildet. Bei einer alternativen seriellen Anordnung sind die Ätzkammer 110, die Transportstation 115, die Kammer 120 zum Veraschen der Ätzmaske und die Reinigungskammer 65 hintereinander angeordnet.
Günstig ist weiterhin der Aufbau eines Druckgradienten zwischen Reinigungskammer 65 und vorgeschalteten Kammern (Transportstation 115, Kammer 120, Ätzkammer 110), so dass zumindest beim Überführen des Substrats in die Reinigungskammer darin enthaltene Verunreinigungen nicht in die vorgeschalteten Kammern gelangen können. Der Druck in der Reinigungskammer sollte daher geringer als der Druck in den übrigen Kammern sein. Während der Reinigung werden die gelösten Ätzrückstände ständig abgesaugt, wobei infolge des einströmenden CO₂-Gases der Druck in der Reinigungskammer 65 leicht erhöht sein kann.

Claims

Verfahren zum Strukturieren eines Substrats mit folgenden Schritten: – ein Substrat (5, 15, 20, 60) mit einer Platinschicht (20) und einer Barrierenschicht (15) wird bereitgestellt; – auf das Substrat (5, 15, 20, 60) wird eine Ätzmaske (25) aufgebracht; – die Platinschicht (20) und die Barrierenschicht (15) werden mittels eines Ätzverfahrens unter Einwirkung eines reinen Argonplasmas mit nahezu rein physikalischem Abtrag unter Verwendung der Ätzmaske (25) geätzt, wobei durch das Ätzen zumindest auf dem Substrat (5, 15, 20, 60) festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetragenes Substrat (5, 15, 20, 60) enthalten und Ätzrückstände (30) darstellen; – ein aus zumindest einer am Ende einer Druckleitung (100) vorgesehenen Düse (40) strömender und sich dabei adiabatisch entspannender Gasstrom (50) wird vor dem Austreten aus der Düse (40) mittels einer Kühlvorrichtung (48), welche die Druckleitung (100) wie auch die zumindest eine Düse (40) umgibt, abgekühlt und zum Entfernen der Ätzrückstände (30) und gegebenenfalls der Ätzmaske (25) rasterartig auf das auf einem geheizten Substratträger liegende Substrat (5, 15, 20, 60) gerichtet, das dabei gleichzeitig um eine senkrecht zur Substratoberfläche stehende Achse gedreht werden kann, wobei der Gasstrom (50) die Ätzrückstände (30) und gegebenenfalls die Ätzmaske (25) weitestgehend vom Substrat (5, 15, 20, 60) entfernt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (50) kälter als das Substrat (5, 15, 20, 60) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (50) zumindest kondensierte und/oder erstarrte Gaspartikel (45) enthält.
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), Stickstoff (N₂) oder ein Gemisch dieser Gase, verwendet wird.
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.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzmaske (25) zumindest teilweise durch ein Veraschen des Ätzmaskenmaterials oder durch einen nasschemischen Abtrag entfernt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen der Ätzrückstände (25) eine abschließende Reinigung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die abschließende Reinigung unter Einwirkung von Ultraschall oder Megaschall erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Substrat eine Ätzstoppschicht (15) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5, 15, 20, 60) durch eine Schicht gebildet wird, die zumindest eine weitere Metallschicht (62) oder eine Metalloxidschicht (60) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht ein Schichtenstapel ist, der zumindest eine Platinschicht und die Metalloxidschicht (60) aufweist.