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    • 专利摘要:
    Bei Halbleiterbauelementherstellungsprozessen, die die Ausbildung von Hartmaskenelementen 17, die Al2O3 enthalten, beinhalten, bleibt unerwünschtes Al2O3 zwischen den Hartmaskenelementen 17 zurück. Das unerwünschte Al2O3 enthält eine Schicht 9 aus Al2O3, die über die Oberfläche der Struktur 3, über der sie liegt, nicht homogen ist, und Al2O3 wird auf den Seiten der Hartmaskenelemente 17 abgeschieden. Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem alles derartige unerwünschte Al2O3 zwischen den Hartmaskenelementen 17 durch einen Naßätzschritt entfernt wird, bei dem das unerwünschte Al2O3 einer Ätzmittelflüssigkeit ausgesetzt wird, die das Al2O3 mit einer schnelleren Rate ätzt als andere Teile der Struktur. Durch diesen Schritt kann das unerwünschte Al2O3 im wesentlichen vollständig entfernt werden, ohne daß an jenen anderen Teilen der Struktur wesentliche Schäden hervorgerufen werden. Danach kann ein RIE-Ätzschritt durchgeführt werden, der Hartmaskenelemente 17 als eine Maske verwendet, ohne daß das unerwünschte Al2O3 den RIE-Ätzschritt behindert.
    公开号:DE102004009562A1
    申请号:DE102004009562
    申请日:2004-02-25
    公开日:2004-09-16
    发明作者:Gerhard Beitel；Rainer Bruchhaus；Ullrich Egger；Karl Hornik；Jingyu Lian；Katsuaki Yokohama Natori；Kazuhiro Yokohama Tomioka；Uwe Wellhausen；Haoren Zhuang
    申请人:Infineon Technologies AG；Toshiba Corp；
    IPC主号:H01L21-02
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betrifftein Verfahren zum Entfernen von Aluminiumoxid (Al2O3) von währendeines Halbleiterherstellungsprozesses ausgebildeten Hartmaskenelementenund insbesondere einen Prozeß zumAusbilden eines Halbleiterbauelements mit einem oder mehreren ferroelektrischen Kondensatoren.
    [0002] Bekannte Mehrschicht-FeRAM-(ferroelektrischerDirektzugriffsspeicher) und DRAM-Bauelementen enthalten Ferrokondensatorenmit einer oberen Elektrodenschicht und einer unteren Elektrodenschicht,die durch eine ferroelektrische Schicht getrennt sind. Die untereElektrode ist überPolysiliziumkontaktplugs oder Wolfram-(W)-Plugs mit den unterenSchichten der Bauelemente verbunden. Die ferroelektrischen Materialienin FeRAMs und einen hohen K-Wert aufweisende Materialien im DRAMkristallisieren im allgemeinen im Sauerstoff der Umgebung bei einerhohen Temperatur (600°Coder darüber).währenddieses Prozesses ist eine Barriere erforderlich, um die Sauerstoffdiffusionvom ferroelektrischen Kondensator zum Kontaktplug zu verhindern. Eineauf Iridium (Ir) basierende Schicht ist ein gutes Material zum effektivenBlockieren dieser Sauerstoffdiffusion. Danach wird die Barrierenschichtdurch Ätzenentfernt, wobei jeweilige Hartmaskenelemente verwendet werden, umjeden der Ferrokondensatoren abzudecken. Bei der Hartmaskenschichtkann es sich in der Regel um TEOS handeln, und eine Aluminiumoxidschichtkann als eine Zwischenschicht zwischen der unteren Elektrode undder Hartmaske vorgesehen sein.
    [0003] 1(a) bis 1(b) zeigt einen bekanntenProzeß zumAusbilden von Hartmasken. Die Ausgangsstruktur ist wie in 1(a) gezeigt. Sie enthält eine Schicht 1 ausTEOS (Tetraethylorthosilikat), das über anderen Schichten liegenkann, die elektronische Komponenten enthalten. Über der TEOS-Schicht 1 befindetsich eine Barrierenschicht 3, die eine untere Barrierenschicht 5 ausIr (oder Ir und IrO2) mit einer Dicke von 120 nm, die die Aufgabehat, Sauerstoffschädenan den Plugs zu stoppen, und eine obere Barrierenschicht 7 ausPt und einer Dicke von 10 nm enthält. Über der Barrierenschicht 3 befindetsich eine Schicht 9 aus Al2O3, die eine Dicke von 20 nm aufweisen kann. Über derAluminiumoxidschicht 9 befindet sich eine dTEOS-(verdünntes TEOS)-Schicht 11 miteiner Dicke von 100 nm. Die dTEOS-Schicht 11 ist mit einer strukturiertenMaske 13 bedeckt.
    [0004] Währendeines als „Hartmaskenöffnen" bezeichneten nachfolgendenRIE-Schritts (reaktives Ionenätzen)wird die Struktur in die in 1(b) gezeigteumgewandelt, bei der die Maskenelemente 13 entfernt wordensind und die dTEOS-Schicht 11 und die Al2O3-Schicht 9 teilweise entfernt wordensind. Die verbleibenden Teile der Schicht 11 und die Al2O3-Teile darunterstellen die Hartmaskenelemente 17 dar. Nach dem Maskenöffnungsschrittbleibt ein Teil des geätztenAl2O3 auf den Seitenwänden derHartmaskenelemente 17 zurück (diese Abscheidungen werdenals „Zäune" bezeichnet), undein Teil des Al2O3 befindetsich auf den geätztenSchichten.
    [0005] Man beachte, daß die freigelegten Teile der Al2O3-Schicht 9 keinegleichförmigeDicke aufweisen, weil die Dicke der dTEOS-Schicht 11 undinsbesondere die Effektivitätder RIE-Maschine beide inhomogen sind. Insbesondere kann die RIE-Maschineeine mittlere Überätzung von5% erbringen, was eine Überätzung von0% im Bereich A und von 10% im Bereich B darstellt. Wenn von einerHartmaskendicke von 1000 nm ausgegangen wird und die typische Selektivität von Al2O3 gegenüber dTEOS 10 beträgt (d.h.die Ätzratevon dTEOS zehn Mal so schnell ist wie die von Al2O3), bedeutet dies, daß im Vergleich zum BereichA eine zusätzlicheAl2O3-Dicke von10 nm im Bereich B geätztwird. Bei einem inneren Bereich A der Struktur beträgt die Dickeder Al2O3-Schicht 9 (anTeilen, die von den verbleibenden Teilen der dTEOS-Schicht 11 nichtbedeckt werden) 20 nm. Beim äußeren BereichB der Struktur beträgt dieDicke der unbedeckten Teile der Al2O3-Schicht 9 10 nm. Das Ausmaß der Zäune hängt auchvon der Position auf der Oberflächeab, so daß inder Regel die Höhevon Zäunenim Kantenbereich B groß ist, wohingegenim Bereich A keine Zäuneexistieren.
    [0006] An dieser Stelle wird das BE-(untereElektrode)-RIE durchgeführt,wobei die währenddes vorausgegangenen Schritts ausgebildeten Hartmasken verwendetwerden. 1(c) zeigt dieStruktur nach 3 Minuten des BE-Ätzens beieiner Ätzratevon 5 nm/min. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Dicke des unbedecktenAl2O3 im BereichA 5 nm. Im Bereich B jedoch ist bereits alles Al2O3 entfernt worden, und das Ätzen derunteren Barrierenschicht 5 hat bereits begonnen. Wenn dasRIE abgeschlossen ist, sieht die Struktur so aus, wie in 1(d) gezeigt.
    [0007] Eine Funktion der Al2O3-Schicht 9 besteht darin, zu verhindern,daß dieRIE-Maschine während desHartmaskenöffnungsprozesses(d.h. zwischen 1(a) und 1(b)) durch das Pt oder dasIr verunreinigt wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, zu garantieren,daß nachdem Hartmaskenöffnungsschritt anden geöffnetenPositionen nichts von der dTEOS-Schicht 11 zurückbleibt,weil die Ätzratevon dTEOS viel höherist als die von Al2O3.
    [0008] Die Inhomogenität beim Al2O3 führtjedoch bei dem BE-RIE-Prozeß zu denfolgenden drei Problemen. Das erste besteht darin, daß die Zaunsituationschwierig zu steuern ist. Die Zäunewerden teilweise durch die Gestalt der Hartmaske gesteuert. Die Hartmaskengestaltwird jedoch wegen der geringen Ätzratedes Al2O3 durchdie Al2O3-Zäune gesteuert. ImBereich B wird aufgrund der Zäune50% des Al2O3 vonder Oxid-RIE-Maschine geätzt(d.h. das Ätzen desTEOS und des Al2O3,wie in 1(b) gezeigt), und50% des Al2O3 wirddurch die Metall-RIE-Maschinegeätzt(Ätzendes verbleibenden Al2O3,Pt, Ir, TEOS, wie in 1(c) und (d) gezeigt). Im Gegensatz dazu werdenim Bereich A durch die Metallätzmaschine100% des Al2O3 geätzt. DasBE-Ätzenist somit wegen der Zäunenicht gleichförmig.
    [0009] Das zweite Problem besteht darin,daß durch dieInhomogenitätdie Steuerung des BE-Ätzenserschwert wird. Währenddes BE-Ätzensbeträgtdie Ätzrateim Bereich B (wo Pt und Ir geätztwerden) 50 nm/min, doch die Ätzrateim Bereich A (wo Al2O3 geätzt wird)beträgt5 nm/min. Deshalb beginnt die Stelle B mit dem Ätzen von Pt zwei Minuten früher alsBereich A. Dies bedeutet, daß derEndpunkt des Ätzens unklarist, so daß eszu einem Überätzen der TEOS-Schicht 1 kommenkann. Bekannterweise kann das Überätzen zueinem Problem mit dem Ablösenführen.
    [0010] Das dritte Problem besteht darin,daß dieInhomogenitätder Al2O3-Dickedie Gesamtzeit verlängert,die der Ätzprozeß benötigt, umsicherzustellen, daß dasgewünschteAl2O3 ganz entferntworden ist. Im Fall einer Struktur beispielsweise mit einer Ir-Dickevon 120 nm beträgtdie Gesamtätzzeit7 min. Davon entfallen 4 min auf das Al2O3, 3 min auf das Ir und 2 min auf Überätzen.
    [0011] Die Erfinder der vorliegenden Erfindunghaben erkannt, daß esvorteilhaft wäre,das Al2O3 zwischenden Maskenelementen vor dem BE-Ätzenzu entfernen, um seine Inhomogenität zu entfernen.
    [0012] Die vorliegende Erfindung zielt daraufab, ein Verfahren zum Entfernen von unerwünschtem Al2O3 als Teil eines Verfahrens zur Ausbildungvon Hartmaskenelementen in einem Halbleiterbauelementherstellungsprozeß bereitzustellen.
    [0013] Die Erfindung schlägt allgemeinvor, daß bei einemWafer, der mit Hartmaskenelementen, die Al2O3 enthalten, und unerwünschtem Al2O3 zwischen den Elementen der Hartmaske ausgebildetist, ein Naßätzschrittdurchgeführtwerden sollte. Unter „Naßätzen" wird ein Ätzprozeß verstanden,bei dem das Al2O3 durchBehandlung mit einer Ätzmittelflüssigkeitentfernt wird. Die Ätzmittelflüssigkeitkann derart sein, daß dasAl2O3 mit einergrößeren Rate geätzt wirdals andere Teile der Struktur, damit das unerwünschte Al2O3 entfernt werden kann, ohne daß dies denanderen Teilen der Struktur erhebliche Schäden zufügt.
    [0014] Insbesondere schlägt die Erfindung vor, daß bei einemHalbleiterbauelementherstellungsprozeß ein Verfahren zum Ausbildeneiner Al2O3 aufweisendenHartmaske auf einer Struktur folgendes aufweisen sollte: Ausbildeneiner Schicht, die Al2O3 aufweist; Ausbildeneiner Maskenschicht überder Schicht, die Al2O3 aufweist; Ätzen vonTeilen der Schicht, die Al2O3 aufweist,die durch die Maskenschicht freigelegt werden, um Hartmaskenelementeauszubilden; und Durchführeneiner Naßätzung zumEntfernen von Al2O3 zwischenden Hartmaskenelementen.
    [0015] Nur zur Veranschaulichung werdennun bevorzugte Merkmale der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgendenFiguren beschrieben. Es zeigen:
    [0016] 1,die aus den 1(a) bis 1(d) besteht, die Schrittein einem bekannten Prozeß zumAusbilden einer Hartmaske und verwenden diese Hartmaske zum Durchführen einerBE-Ätzung;
    [0017] 2,die aus den 2(a) bis 2(d) besteht, ein Verfahrengemäß der Erfindungund
    [0018] 3 Elektronenmikroskopaufnahmen,die währenddes Prozesses von 2 angefertigtwurden.
    [0019] Zunächst unter Bezugnahme auf 2(a) kann die bei der Ausführungsformder Erfindung verwendete anfänglicheStruktur genauso aussehen, wie in 1(a) gezeigtund wie oben beschrieben. Teile der Struktur, die denen von 1(a) entsprechen, sind mitidentischen Bezugszahlen versehen. Das heißt, die in 2(a) gezeigte Struktur weist eine Schicht 1 ausTEOS (Tetraethylorthosilikat) auf, die über anderen Schichten liegenkann, die elektronische Komponenten enthalten. Über der TEOS-Schicht 1 befindetsich eine Barrierenschicht 3, die eine untere Barrierenschicht 5 ausIr mit einer Dicke von 120 nm und eine obere Barrierenschicht 7 ausPt und eine Dicke von 10 nm enthält. Über der Barrierenschicht 3 befindensich die untere Elektrode, die ferroelektrische und obere Elektrodenschichten(nicht gezeigt) und dann eine Schicht 9 aus Al2O3, die eine Dicke von 20 nm aufweisen kann. Über der Aluminiumoxidschicht 9 befindetsich eine dTEOS-Schicht 11 mit einer dicke von 100 nm.Die dTEOS-Schicht 11 ist von einer strukturierten Maske 13 bedeckt.
    [0020] Analog gleicht der erste Schrittdes Hartmaskenausbildungsverfahrens dem oben beschriebenen bekanntenVerfahren, damit man eine in 2(b) gezeigteStruktur erhält,die identisch ist mit der von 1(b) undbei der die Maskenelemente 13 entfernt und die dTEOS-Schicht 11 unddie Al2O3-Schicht 9 teilweiseentfernt worden sind. Die zurückbleibenden Teileder Schicht 11 und die Al2O3-Teile unter ihnen stellen die Hartmaskenelemente 17 dar.Teil des geätztenAl2O3 bleibt alsZäune aufden Seitenwänden derHartmaske zurück,und Teil des Al2O3 befindet sichauf den geätztenSchichten.
    [0021] An dieser Stelle jedoch schlägt das Verfahrengemäß der Erfindungvor, daß dieobere Oberflächeder in 1(b) gezeigtenStruktur mit einem Naßätzschrittbehandelt werden sollte, wobei eine Ätzmittelflüssigkeit verwendet wird. Dabeikann es sich um eine Schleuderätztechnikhandeln, d.h. eine, bei der der Wafer um eine Achse senkrecht zuseiner Oberfläche(d.h. einer vertikalen Achse, wie in 2(b) gezeigt)gedreht wird, währenddie Ätzmittelflüssigkeitauf die zu ätzendeOberflächeaufgebracht wird. Die Ätzmittelflüssigkeitkann Fluorwasserstoffsäure(HF) enthalten, und es kann sich bei ihr insbesondere um verdünnte Fluorwasserstoffsäure (DHF)handeln. Wenn beispielsweise fürden Fall der Abmessungen der oben angegebenen Struktur und eineAl2O3-Schicht 9,die durch Sputtern bei Raumtemperatur unter Verwendung von O2 oder Ar und ein Al2O3-Ziel ausgebildet wurde (wenngleich diesalternativ durch Atomschichtabscheidung, ALD, ausgebildet werdenkann), eine HF-Konzentration von unter 5% verwendet wird, so hatsich herausgestellt, daß durch1 min dauerndes Schleuderätzenmit einer 1%igen HF-Lösung inden offenen Bereichen das Al2O3 imwesentlichen vollständigentfernt werden kann (d.h. abgesehen von dem Al2O3, das Teil der Hartmaskenelemente 17 bildet),wobei nur eine geringe Menge an dTEOS entfernt wird. Durch das Verfahrenentsteht somit die in 2(c) gezeigteStruktur.
    [0022] Dies ist in 3 dargestellt, die als 3(a) und 3(b) zweiElektronenmikroskopaufnahmen einer in 2(b) gezeigtenStruktur zeigt, bevor der Naßätzprozeß durchgeführt wird.Die 3(c) und 3(d) sind entsprechende Aufnahmeneiner Struktur wie in 2(c) gezeigt,nachdem das Naßätzen 1 minlang mit 1%iger HF durchgeführtwurde. Wie man sehen kann, sind in 3(d) dieAl2O3-Zäune (in 3(b) in dem Oval gezeigt)vollständigentfernt.
    [0023] Nachdem die Hartmaske, wie in 2(c) gezeigt, fertiggestelltworden ist, kann dann die in 2(d) gezeigteStruktur durch BE-Ätzungerhalten werden, wobei herkömmlicheTechniken verwendet werden. Beispielsweise kann sogar, wie beimherkömmlichenVerfahren, die Hartmaske in einem BE-RIE-Ätzprozeß verwendet werden, damit man dasin 2(d) gezeigte Ergebniserhält,bei der außerunter den Hartmaskenelementen die Pt- und Ir-Schicht 5, 7 unddie oberen Teile der TEOS-Schicht 1 entfernt sind. Dieobere Oberflächeder TEOS-Schicht 1 kann sogar über die ganze Oberfläche desWafer hinweg im wesentlichen glatt sein. Man beachte, daß die Maskierungselemente 17, wenngleichdies in den 2(a) bis 2(d) nicht gezeigt ist, jeweiligeferroelektrische Kondensatoren überder Barrierenschicht 3 bedecken. In diesem Fall können dieTEOS-Schicht 1 und die Struktur unter ihr untere Schichtenenthalten, die elektronische Komponenten enthalten, die unter Verwendungvon (Polysilizium-)Kontaktplugs mit den ferroelektrischen Kondensatorenelektrisch verbunden sind.
    [0024] Wenngleich nur eine einzige Ausführungsformder Erfindung ausführlichbeschrieben worden ist, sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung zahlreicheAbwandlungen möglich,wie dem geschulten Leser klar ist. Insbesondere kann die verwendete Ätzmittelflüssigkeitvon der oben beschriebenen DHF verschieden sein. Außerdem sindgenauso viele Verfahren bekannt, die bei der Herstellung von HalbleiterbauelementenHartmaskenätztechnikenverwenden, so daß Ausführungsformender vorliegenden Erfindung existieren, bei denen zu den bekanntenTechniken ein Flüssigätzschrittvor einem BE-Ätzprozeß unterVerwendung einer Hartmaske hinzugefügt wird.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] Ein Verfahren bei einem Halbleiterbauelementherstellungsprozeß zum Ausbildeneiner Hartmaske, die Al2O3 aufweist,auf einer Struktur, wobei das Verfahren folgendes aufweist: Ausbildeneiner Schicht, die Al2O3 aufweist; Ausbildeneiner Maskenschicht überder Schicht, die Al2O3 aufweist; Durchführung einerTrockenätzungzum Entfernen von Teilen der Schicht, die Al2O3 aufweist, die durch die Maskenschicht freigelegtwerden, um Hartmaskenelemente auszubilden; und Durchführen einerNaßätzung zumselektiven Entfernen von unerwünschtemrestlichem Al2O3 zwischen denHartmaskenelementen.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Naßätzung durchSchleudernaßätzung durchgeführt wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Naßätzung unterVerwendung von verdünnterFluorwasserstoffsäuredurchgeführtwird.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schicht, dieAl2O3 aufweist,durch Sputtern unter Verwendung eines Al2O3-Ziels oder durch Atomschichtabscheidungausgebildet wird.
    [5] Verfahren zum Herstellen eines ferroelektrischenKondensators, mit den folgenden Schritten: Ausbilden einerUnterstruktur des Kondensators mit einem Kontaktplug, der dort hindurchverläuft,zum elektrischen Verbinden einer unteren Elektrode des Kondensatorsmit einer darunter liegenden aktiven Schicht; Abscheiden, über derUnterstruktur, der unteren Elektrode mit einer Barrierenschichtdazwischen mit einer Iridium enthaltenden Zusammensetzung; Abscheiden, über derunteren Elektrode, einer ferroelektrischen Schicht, so daß die Diffusionvon Sauerstoff aus der ferroelektrischen Schicht zum Kontaktplugdurch die dazwischenliegende Barrierenschicht blockiert wird; Abscheideneiner oberen Elektrode überder ferroelektrischen Schicht; Ausbilden einer Hartmaske über deroberen Elektrode durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und Ätzen vonTeilen der oberen Elektrode, der ferroelektrischen Schicht, derunteren Elektrode und der Barrierenschicht, die nicht von der Hartmaskebedeckt sind.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US20040171274A1|2004-09-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-09-16| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-02-22| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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