DE10224137A1

DE10224137A1 - Ätzgas und Verfahren zum Trockenätzen

Info

Publication number: DE10224137A1
Application number: DE2002124137
Authority: DE
Inventors: Maik Stegemann; Stefan Wege
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-05-24
Filing date: 2002-05-24
Publication date: 2003-12-04
Also published as: WO2003100843A3; TW200401364A; WO2003100843A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ätzgas für die Herstellung eines Halbleiterbausteins mittels eines Trockenätzverfahrens mit mindestens einem Anteil von C¶x¶F¶y¶H¶z¶-Gas, insbesondere C¶5¶F¶8¶, C¶4¶F¶6¶, C¶4¶F¶8¶ und/oder C¶2¶F¶4¶H¶2¶, gekennzeichnet durch einen molaren Wasserstoff-Anteil, der größer ist als der molare Anteil des C¶x¶F¶y¶H¶z¶-Gases. Damit wird eine hohe Selektivität in Bezug auf eine Resistschicht 10 erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ätzgas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Trockenätzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Insbesondere bei der Herstellung von DRAM-Bauelementen ist es notwendig, tiefe Strukturen in ein Halbleistersubstrat einzubringen. Wie z. B. aus der DE 100 00 003 oder der DE 198 52 763 bekannt ist, weist das Halbleitersubstrat dabei verschiedene Schichten auf, die mit einem Trockenätzverfahren strukturiert werden. Die Bereiche der Schichten, die nicht durch das Trockenätzverfahren strukturiert werden sollen, werden durch eine Lackschicht (Resistschicht) geschützt.

Diese Resistschicht wird zunehmend immer dünner ausgebildet, da die herzustellenden Strukturen immer kleiner werden. Da die Ätzzeiten gerade für die Herstellung tiefer Strukturen (z. B. Deep-Trenches bei DRAM-Speicherzellen) immer länger werden, ist die Selektivität für die Ätzung der Maske, insbesondere der Resistschicht, von großer Bedeutung. Im Idealfall soll die Resistschicht durch die Trockenätzung nicht angegriffen werden (d. h. es liegt eine unendliche Selektivität vor). Bei bekannten Trockenätzverfahren wird die notwendige hohe Selektivität nicht erreicht. Dies gilt insbesondere bei der Trockenätzung von SiN-Schichten oder verwandten Materialien, wie z. B. SiON. Die gleiche Problematik ergibt sich auch bei der Herstellung anderer Baueleemente auf Halbleitersubstraten, wie z. B. Logikbauelementen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ätzgas für ein Trockenätzungsverfahren zu schaffen, mit dem eine hohe Selektivität in Bezug auf eine Resistschicht erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ätzgas mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Ätzgas für die Herstellung eines Halbleiterbausteins mittels eines Trockenätzverfahrens weist mindestens einen Anteil von C_xF_yH_Z-Gas auf. Insbesondere weist das Ätzgas mindestens einen Anteil C₅F₈, C₄F₆, C₄F₈ und/oder C₂F₄H₂ auf (d. h. der Wasserstoffanteil kann auch Null sein). Erfindungsgemäß weist das Ätzgas einen molaren Wasserstoff- Anteil auf, der größer ist, als der molare Anteil des C_xF_yH_Z- Gases. Es hat sich überraschend gezeigt, dass ein solches Ätzgas eine sehr hohe Selektivität gegenüber Resistschichten aufweist. Dies gilt insbesondere für Resiste, die bei Belichtungswellenlängen von 193 nm bzw. 157 nm verwendet werden. Durch die hohe Selektivität können die Resistschichtdicken klein gewählt werden. Auch zeigte sich eine verminderte Seitenwandrauhigkeit an den Resistflanken.

Vorteilhaft ist es, wenn der molare Wasserstoff-Anteil dreimal, insbesondere zehnmal größer ist als der molare Anteil des C_xF_yH_Z-Gases. Bei solchen Verhältnissen kann eine im wesentlichen unendliche Selektivität erreicht werden, da Resiste nicht angegriffen werden.

Vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Ätzgas einen Anteil eines Trägergases, insbesondere Argon aufweist.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren nach Anspruch 4 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Ätzgas mit mindestens einem Anteil von C_xF_yH_Z-Gas; insbesondere wird mindestens ein Anteil an C₅F₈, C₄F₆, C₄F₈ und/oder C₂F₄H₂ verwendet. Erfindungsgemäß weist das Ätzgas einen molaren Wasserstoff-Anteil auf, der größer ist, als der molare Anteil des C_xF_yH_Z-Gases.

Vorteilhafterweise wird eine SiN-, SiON- und/oder Oxidschicht geätzt.

Vorteilhafterweise ist das Trockenätzverfahren als RIE- Verfahren, MERIE-Verfahren, ein Verfahren mit induktiv gekoppelten Quellen, ein Verfahren mit Dual Frequency Quellen, ein Verfahren mit ECR-Quellen oder ein Verfahren mit Helicon Quellen ausgebildet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer MERIE-Ätzung mit einem erfindungsgemäßen Ätzgas;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ergebnisses der erfindungsgemäßen Ätzung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Durchzeichnung einer vergrößerten Aufnahme eines Ätzvorgangs mit einem bekannten Verfahren;
Fig. 4 eine Durchzeichnung einer vergrößerten Aufnahme eines Ätzvorgangs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In Fig. 1 ist eine zu strukturierende Schicht 1 der Dicke C dargestellt, die auf Substratschichten 2, 3 aufgewachsen ist. Die zu strukturierend Schicht soll mittels eines eine eines grundsätzlich bekannten Trockenätzverfahrens (MERIE: magnetically enhanced reactive ion etching) bearbeitet werden.
Bei Trockenätzverfahren wird in grundsätzlich bekannter Weise ein gasförmiges Medium (Ätzgas) durch Gasentladung in einem hochfrequenten Wechselfeld angeregt. Die im elektrischen Feld beschleunigten Ionen des Ätzgases und angeregte Neutralteilchen übertragen ihre Energie auf die zu strukturierende Schicht 1. Beim reaktiven Ionenätzen (RIE, MERIE) findet ein chemisch/physikalischer Materialabtrag statt. Diese Trockenätzverfahren sind besonders für anisotropes Ätzen geeignet.
Im vorliegenden Beispiel soll die Schicht 1 im Rahmen der Herstellung eines DRAM mit einem Deep-Trench mit einem MERIE- Verfahren strukturiert werden. Grundsätzlich kann das nachfolgend beschriebene Verfahren auch bei anderen Bauelementenn (z. B. Flashspeicher, Mikroprozessoren, ASIC) und anderen Trockenätzverfahren angewandt werden.
Auf die zu strukturierende Schicht 1 ist eine Lackschicht 10 (Resist) mit einer Anfangsdicke A aufgebracht worden. Die Resistschicht 10 deckt die Bereiche der zu strukturierenden Schicht 1 ab, die nicht geätzt werden sollen.
In dem Bereich oberhalb der Resistschicht 10 sind die Gasmoleküle des erfindungsgemäßen Ätzgases dargestellt. Das Ätzgas weist einen Anteil an C_xF_yH_Z-Gas auf. Üblicherweise sind diese Verbindung nur bis fünf Kohlenstoffatome im Moleküle bei den verwendeten Betriebsbedingungen gasförmig. Unter die C_xF_yH_Z-Gase fallen C₅F₈, C₄F₆, C₄F₈ und C₂F₄H₂, sowohl als aliphatische als auch als ringförmige Isomere. Im vorliegenden Beispiel wird ringförmiges C₄F₈ (Oktafluorcyclobutan) mit Argon als Schutzgas verwendet. In Fig. 1 ist daher nur ein C_xF_y Molekül symbolisch dargestellt.
Erfindungsgemäß wird dem Ätzgas ein Anteil an Wasserstoff-Gas zugesetzt, dessen molarer Anteil größer ist als der des C_xF_yH_Z-Gases ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das molare Verhältnis von C_xF_yH_Z-Gas zu Wasserstoffgas eins zu zehn.
Bei bekannten Ätzgasen und Ätzverfahren (siehe Fig. 3) wird die Resistschicht 10 durch das Ätzgas angegriffen, so dass für lange Ätzzeiten, die beim Deep-Trench-Ätzen notwendig sind, vorsorglich eine besonders dicke Resistschicht 10 notwendig war, was nachteilig ist.
Durch das erfindungsgemäße Ätzgas und das erfindungsgemäße Ätzen wird die Resistschicht 10 nicht oder nur sehr wenig angegriffen, was in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt den Zustand nach der Ätzung. Die zu strukturierende Schicht 1 ist an zwei Stellen bis auf die Substratschicht 2 geätzt worden. Die Resistschicht 10 weist nach dem Ätzen eine Enddicke B auf. Die Differenz zwischen der Anfangsdicke A und Enddicke B ist sehr klein. Die Differenz kann sogar verschwinden (siehe Fig. 4). Das erfindungsgemäße Ätzgas hat somit nur die zu strukturierende Schicht 1 geätzt, nicht die Resistschicht 10. Dies zeigt eine hohe Selektivität an, die wie folgt definiert ist:
Für den Fall, dass die Resistschicht 10 nicht geätzt wird, liegt sogar eine unendlich hohe Selektivität vor.
Der hohe Anteil an Wasserstoff-Gas im Verhältnis zu dem C_xF_yH_Z-Gas sorgt dafür, dass atomares, reaktives Fluor schnell zu HF reagiert, abgepumpt wird und somit nicht mehr reaktiv wirksam wird.
In den Fig. 3 und 4 wird die Wirkungsweise des bekannten Ätzens und des erfindungsgemäßen Ätzens dargestellt.
In Fig. 3 ist eine Struktur dargestellt, die mit einem bekannten Verfahren hergestellt wurde. Dabei stellt ein eingeblendetes Bild X den Zustand nach dem Ätzen eines Deep- Trenches dar. Das Bild X ist der Darstellung des Anfangszustandes überlagert.
Die Anfangsdicke A der Resistschicht 10 beträgt 299 nm, die Enddicke B der Resistschicht 10 beträgt 186 nm (siehe Bild X), d. h. beim Ätzen des Deep-Trenches wurde die Dicke der Resistschicht 10 um 113 nm verringert. Die zu ätzende SiN- Schicht 1 weist eine Dicke von 300 nm auf. Daher beträgt die Selektivität des Verfahrens ca. ein Drittel.
Demgegenüber ist in Fig. 4 das Ergebnis eines Ätzvorgangs mit einem erfindungsgemäßen Ätzgas dargestellt. Dabei wird der Endzustand durch das eingeblendetre Bild Y dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Resistschicht 10 nicht angegriffen wurde, d. h. Enddicke B und Anfangsdicke A stimmen überein. Die Selektivität ist unendlich.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Ätzgas und dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Bezugszeichenliste 1 zu strukturierende Schicht
2, 3 Substratschichten
10 Resistschicht
A Anfangsdicke Resistschicht
B Enddicke Resistschicht
C Dicke der zu strukturierenden Schicht
X eingeblendetes Bild des Endzustandes beim bekannten Verfahren
Y eingeblendetes Bild des Endzustandes beim erfindungsgemäßen Verfahren

Claims

1. Ätzgas für die Herstellung eines Halbleiterbausteins mittels eines Trockenätzverfahrens mit mindestens einem Anteil von C_xF_yH_Z-Gas, insbesondere C₅F₈, C₄F₆ und/oder C₄F₅ C₂F₄H₂, gekennzeichnet durch einen molaren Wasserstoff-Anteil, der größer ist als der molare Anteil des C_xF_yH_Z-Gas.

2. Ätzgas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Wasserstoff-Anteil dreimal, insbesondere zehnmal größer ist als der molare Anteil des C_xF_yH_Z-Gases.

3. Ätzgas nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Anteil eines Trägergases, insbesondere Argon.

4. Verfahren zur Trockenätzung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ätzgas nach Anspruch 1 verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockenätzverfahren als RIE- Verfahren, MERIE-Verfahren, ein Verfahren mit Dual Frequency Quellen, ECR-Quellen oder Helicon Quellen ausgebildet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als zu strukturierende Schicht 1 eine SiN-, SiON- und/oder Oxidschicht geätzt wird.