进行结构化的方法

专利名称：进行结构化的方法
技术领域：
本发明涉及一种进行结构化的方法，特别是一种对很难或几乎不可能用等离子体化学或干式化学方法进行刻蚀的物料层进行结构化的方法。例如，由贵金属、铁电物质、以及具有高介电常数的电解质物质所组成的物料层。
高度集成的存储器组件，如DRAMS或FRAMS的迅猛发展，需要保持，甚至于改进电池容量的不断微型化。为此，需要采用微薄的介电物料层和折迭的电容式电极(槽式电池，迭式电池)。最近以来，人们用新材料，特别是顺电材料和铁电物质代替常用的氧化硅，用作蓄电池组的电容式电极。例如，人们用钛酸钡锶(BST,(Ba,Sr)TiO3)，钛酸锆酸铅(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)，掺镧的钛酸锆酸铅或钽酸锶铋(SBT,SrBi2Ta2O9)，制造DRAMS或FRAMS的蓄电池组的电容器。
因此，这些材料通常可以沉积在现有的电极上(基础电极)。这个过程是在高温下进行的。这会使得通常用于组成电容器电极的这种材料，例如掺杂质的聚硅，被轻度氧化，由此失去了其导电性，导致了蓄电池组的故障。
由于其优良的氧化稳定性和/或可形成能导电的氧化物，因此我们可以优选第4d和5d的过渡金属，特别是铂金属(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)，特别是铂本身，以及铼，代替上述掺杂质的聚硅，用作上述蓄电池组的电极材料。
同样地，上述构件不断的微型化也需要可以代替迄今被用作导体的铝的新材料。这种代替材料应该具有比铝更小的比电阻和更小的电迁移性。最合适的代替材料是铜。
磁性随机存取存储器(MRAMS)的开发需要在微电子电路中的磁性的物料层(例如，Fe、Co、Ni或坡莫合金)的集成。
为了从上述迄今尚未在半导体技术领域中广泛使用的材料制备集成电路，必须对该材料的薄层进行结构化。
通常，通过所谓的等离子体支撑的各向异性的刻蚀方法对迄今所用的材料进行结构化作用。为此，采用了普通的物理—化学方法。其中，使用了由一种或多种反应性气体，如氧、氯、溴、氯化氢、溴化氢或卤化烃，与惰性气体(如Ar、He)所组成的混合气体。通常，该混合气体是在一个电磁交变场中通过微小的压力激发的。
图4显示了一个刻蚀室的工作方式的原理，其中描述了作为实例的平行板式反应器20。通过气体入口21，把例如Ar和Cl2的混合气体送入实际的反应室22中，并通过气体排出口29被抽吸出去。平行板式反应器的下置板24，通过一个电容器27，与高频电源28相连接，并被用作基底支撑物。通过在平行板式反应器的上置板23与下置板24上设立了高频电的交变场，就会使上述混合气体转化成等离子体25。电子的迁移率比气体阳离子的高，使得上置板23与下置板24充电，呈现与等离子体25相反的阴性。因此，上述两个板23与24对呈阳性的气体阳离子具有强的吸收力，以致于上述两个板遭受该离子，如Ar+的持续不断的撞击。因为气体压力较低，一般是0.1-10Pa，因此在中性粒子上和相互间，只发生微小有限的离子的分散。而这时离子几乎垂直地打中基底26的表面，该基底26是被平行板式反应器的下置板24所支撑的。这样，就可以在基底26之下的欲刻蚀的物层上形成一个很好的掩膜(图中未示出)。
通常，人们用光敏漆作为掩膜材料。因为可以通过曝光和显影步骤比较容易进行结构化。
刻蚀作用中的物理方面，是通过撞击离子(如Cl2+、Ar+)的脉冲量和动力能发生作用的。在基底与反应性的气体粒子(离子、分子、原子、原子团)之间附加发生的化学反应由此被引发或促进，同时伴随挥发性的反应产物的形成(刻蚀作用的化学方面)。上述在基底粒子和气体粒子之间发生的化学反应决定刻蚀过程的刻蚀选择性。
我们非常可惜地指出，上面所提及的用于集成电路的新材料是属于化学上很难或几乎不能刻蚀的材料。其中，甚至在使用“反应性的”气体时，刻蚀损耗主要地或几乎是唯一地基于刻蚀作用中的物理方面。
由于缺乏刻蚀作用中的化学方面的因素或影响很小，因此欲进行结构化作用的物料层的刻蚀损耗与掩膜或基底(刻蚀顶层)的刻蚀数量级相同。也就是说，刻蚀掩膜或基底的刻蚀选择性通常是小的(约0.3-3.0)。其结果是，通常具有倾斜侧壁的掩膜的刻蚀，以及在掩膜上的不可避免的磨刻面的形成(斜切面)，就只能确保结构化作用的较小的尺寸精确性。这种磨刻面限制了欲进行结构化作用的物料层在进行结构化作用时，所能达到的成型侧面的陡度，以及所能达到的最小的结构尺寸。
在等离子体化学刻蚀方法中，当混合气体中的反应性气体的成分(特别是氯)越多，则在掩膜上的磨刻面，以及欲进行结构化作用的物料层的磨刻面就越大。相应地，当混合气体中不含有反应性气体时，例如采用纯的氩等离子体时，在欲进行结构化作用的物料层上就会形成最陡的成型侧面。
除了上述所谓的欲进行结构化作用的物料层的磨刻面外，在进行结构化作用过程中，也会在欲进行结构化作用的物料层上形成所不希望的材料的再沉积现象。这种再沉积现象例如出现在漆质掩膜的侧壁上。迄今为止只能在后处理步骤中不完全地或根本不可能将其除去。在等离子体化学刻蚀方法中，当混合气体中的反应性气体成分越少时，则上述形成的再沉积物就越结实。相应地，迄今的过程控制中，在大多数情况下，控制混合气体中的氩成分维持少些，即采用氯—氩的等离子体。然而，当刻蚀气体混合物中的氯成分提高时，就又会增加掩膜的磨刻面的形成。
在采用漆质掩膜的铂刻蚀作用情况下，所用的反应性气体，如氯或HBr等，会形成中间的再沉积现象，该现象在继续的刻蚀过程中又会消失。这些结构也会导致CD-扩张和扁平的铂侧壁。在不仅使用氯而且使用漆质掩膜的过程中，这是最大的缺点。
在对欲结构化的物料层进行结构化作用中，用所谓的“硬掩膜”(“hard mask”)代替上述的漆质掩膜时，就会明显地使许多上述的难题迎刃而解。然而，“硬掩膜”的结构化作用需要附加的处理步骤，这势必会使整个处理过程的费用上涨。
本发明的任务在于，提出一种进行结构化的方法，该方法使克服或减少在迄今所用的现有技术的方法中存在的缺点。
用本文权利要求1或3就能实现本发明的目的。用本说明书中的其它权利要求以及附图，进一步描述本发明的较佳实施方案、造型和观点。
本发明提供了一种对至少一个欲结构化的物料层进行结构化的方法，其中包括下列步骤在欲结构化的物料层上涂敷一个掩膜，在涂敷掩膜的情况下，对欲结构化的物料层进行结构化，除去上述掩膜，其中保留了在欲结构化的物料层上的再沉积物，用声波作用除去上述欲结构化的物料层上的再沉积物。
如上所述，用声波作用就能容易地，可靠地除去上述欲结构化的物料层上的再沉积物，而后者是难于用一般化学方法除去的。其中，不会造成对已经在薄膜上形成的结构的损害或毁坏。本发明方法的优点在于，即在对欲结构化的物料层进行实际的结构化作用时所采用的方法中，例如等离子体化学腐蚀方法，可以不考虑所用的方法是否会导致再沉积作用的提高。因此，例如在等离子体化学刻蚀方法中，可以只用纯的氩等离子体。其结果是，还可以采用迄今仍普通使用的漆质掩膜。然而并没有出现，如同在使用反应性气体时所出现的，在掩膜上形成的过度的磨光面。
此外，本发明还提供了一种对至少一个欲结构化的物料层进行结构化的方法，其中包括下列步骤在欲结构化的物料层上涂敷一个掩膜，在涂敷掩膜的情况下，对欲结构化的物料层进行结构化，用声波作用除去上述欲结构化的物料层的掩膜与再沉积物。
同时除去掩膜和再沉积物可以省略一个处理步骤。这势必使整个过程变得简化和便宜。如果该掩膜是漆质掩膜，用以共同除去漆质和再沉积物的介质最好是，EKC265,Stripper106,N-甲基吡咯烷酮(NMP)，卡罗酸，所谓的“发烟硝酸”或KOH。
上述声波作用最好是在流体介质中进行，特别是用超声波池，粗声波(Megosonic)装置或受声波作用的液体喷射装置。
除去再沉积物以后，宜再实施“洗涤器”净化处理。在除去再沉积物以后，也可附加地或可选择地实施湿式化学净化处理，特别是进一步应用声波作用(超声的，细声的)支持的净化处理过程。
上述欲结构化的物料层最好含有铜、铁、钴、镍、第4d或5d的过渡金属，特别是铂金属。
此外，该欲结构化的物料层最好含有铁电物质，具有高介电常数(＞20)的电解质物质，钙钛矿或这些物质的前体。上述这些物质的前体可以理解成这样的一种物质，即将该物质进行热处理(例如退火)，或加氧处理后，可转化成上述的这些物质。
上述欲结构化的物料层最好含有钽酸锶铋(SBT,SrBi2Ta2O9)，铌酸钽酸锶铋(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,X=0-2)，锆酸钛酸铅(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)或其衍生物，以及钛酸钡锶(BST,BaxSr1-xTiO3,X=0-1)，钛酸铅镧(PLT,(Pb,La)TiO3)，钛酸锆酸铅镧(PLZT,(Pb,La)(Zr,Ti)O3)或其衍生物。
此外，上述欲结构化的物料层最好含有铂、金、银、铜、铱、钯、钌、铼，或其氧化物。
上述欲结构化的物料层的结构化作用最好是采用干式刻蚀方法，特别是等离子体刻蚀方法。
当用干式刻蚀方法对欲结构化的物料层进行处理时，最好采用一个不含有反应性气体的混合气体。
当用干式刻蚀方法对欲结构化的物料层进行处理时，最好采用一种惰性气体，特别是氩气。
此外，所采用的声波频率最好是在予定的频率范围以上变化。以便可用不同的大小频率有效地除去再沉积物。
下面借助于附图进一步详述本发明。


图1-3图示描述了本发明的方法，图4图示描述了一个具有平行极板反应器形状的刻蚀室。
图1-3用图显示了本发明的方法。其中，在一个基底，上涂敷一个SiO2层2，及一个粘附或屏障层3，该层是由钛或钛的氮化物组成的。用溅射涂膜方法，在该粘附或屏障层3，上涂敷一个铂层4，作为欲结构化的物料层。在该铂层4上涂上一个漆质层。此后，该漆质层用作上述铂层4的掩膜5。用曝化步骤和冲洗显影步骤使上述漆质层进行结构化。由此形成的结构如图1所示。
然后，进行离子刻蚀或溅射刻蚀作用，以使上述铂层4发生物理的干式刻蚀作用。其中可用纯的氩气作为刻蚀气体。也可以用其他的等离子体刻蚀方法，例如电抗性的离子刻蚀方法(RIE)，磁场支持的电抗性离子刻蚀方法(MERIE)，ECR刻蚀方法(电子回旋共振刻蚀法)，或感应耦合的等离子体刻蚀方法(ICP,TCP)，代替上述离子刻蚀方法。
因为可用纯的氩气作为刻蚀气体，因此，在掩膜5上不会形成明显的磨刻面。相应地，掩膜5的刻蚀也是小的。由于较小的掩膜刻蚀，因此可使结构化作用得到更高的尺寸精确度。此外，还因此可以在欲结构化的物料层上形成更陡的刻蚀侧壁。从而可得到其坡口角度大于80°的刻蚀侧壁。
由于缺乏化学组分，因此在干式刻蚀过程中，在漆质掩膜5的侧壁上可形成铂的再沉积层6。该铂再沉积层6，迄今很难或几乎不可能用一般的化学方法再除去。
可用漆质化方法除去上述漆质掩膜5。由此，可使自由放置的铂再沉积层6重新放置于已结构化的铂层4的表面上。由此形成的结构如图2所示。
紧接着用声波作用除去再沉积层6，为此可采用一个超声波池(BandelinSonorex Super RK 255H)。把如图2所示的结构物浸入一种液体介质中。首先把结构物浸入在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，该溶剂的温度控制在约65℃。接着向该液体介质通入其频率约为35KHz，功率为2*320瓦的超声波。用上述超声波作用，可轻易并可靠地除去上述再沉积层6。其中不会损害或毁坏已在薄片上形成的结构物。
接着进行“洗涤器”净化处理。在除去再沉积层6以后，可以附加地或可选择地也实施一种湿式化学净化过程。例如用高度稀释的HF酸，最好是在声波作用的支持下，进行湿式化学净化。它可导致在铂结构物与SiO2表面之间的化学分离，以及以机械支持方式将颗粒从该区域中除去。由此得到的结构如图3所示。
权利要求
1．对至少一个欲结构化的物料层进行结构化的方法，其步骤包括-在欲结构化的物料层上涂敷一个掩膜，-在涂敷上述掩膜的情况下，对欲结构化的物料层进行结构化作用，-除去上述掩膜，其中保留了该欲结构化的物料层上的再沉积物，-用声波作用除去上述欲结构化的物料层上的再沉积物。
2．根据权利要求1的方法，其特征是，上述掩膜是漆质掩蔽物，后者宜通过灰化予以除去。
3．对至少一个欲结构化的物料层进行结构化的方法，其步骤包括-在欲结构化的物料层上涂敷一个掩膜，-在涂敷掩膜的情况下，对欲结构化的物料层进行结构化作用，-用声波作用除去上述欲结构化的物料层的掩膜与再沉积物。
4．根据权利要求1-3中之一的方法，其特征是上述声波作用是通过一个超声波池，粗声波装置，或受声波作用的液体喷射装置实施的。
5．根据权利要求1-4中之一的方法，其特征是用“洗涤器”净化过程在除去上述的再沉积物之后进行。
6．根据权利要求1-5中之一的方法，其特征是用湿式化学净化过程在除去上述的再现积物之后进行。
7．根据权利要求5或6中之一的方法，其特征是该净化过程是借助于声波作用进行的。
8．根据权利要求1-7中之一的方法，其特征是上述欲结构化的物层含有铜、铁、钴、镍、第4d或5d的过渡金属，特别是铂金属。
9．根据权利要求1-7中之一的方法，其特征是上述欲结构化的物层含有铁电物质，具有高介电常数的电解质物质，钙钛矿或这些物质的前体。
10．根据权利要求9的方法，其特征是该欲结构化的物层含有钽酸锶铋(SBT,SrBi2Ta2O9)，铌酸钽酸锶铋(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,X=0-2),锆酸钛酸铅(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)或其衍生物，或者钛酸钡锶(BST,BaxSr1-xiO3,X=0-1)，钛酸铅镧(PLT,(Pb,La)TiO3)，钛酸锆酸铅镧(PLZT,(Pb,La)(Zr,Ti)O3)或其衍生物。
11．根据权利要求8的方法，其特征是上述欲结构化的物层含有铂、金、银、铱、钯、钌、铼或其氧化物。
12．根据前述权利要求中之一的方法，其特征是在上述欲结构化的物层进行干式刻蚀时，采用不含有反应性气体的混合气体。
13．根据前述权利要求中之一的方法，其特征是在上述欲结构化的物层进行干式刻蚀时，所采用的混合气体中，除了含惰性气体与氮气外，只含有氧气。
14．根据前述权利要求中之一的方法，其特征是在上述欲结构化的物层进行干式刻蚀时，采用一种惰性气体，特别是氩气。
15．根据权利要求1-14中之一的方法，其特征是，上述的掩膜含有硅，氧化硅，特别是SiO2，金属，特别是铝或钨，金属的氮化物，如氮化钛，特别是TiNx(0.8＜X＜1.2)，或者金属的硅化物。
16．根据前述权利要求中之一的方法，其特征是所采用的声波的频率在予定的频率范围上变化。
全文摘要
本发明涉及一个对至少一个欲结构化的物料层进行结构化的方法,其步骤包括:在欲结构化的物料层上涂敷一个掩膜,在涂敷上述掩膜的情况下,对欲结构化的物层进行结构化;除去上述掩膜,其中保留了该欲结构化的物料层的再现积物;然后,再用声波作用除去上述欲结构化的物料层的再沉积物。
文档编号H01L21/3065GK1211831SQ98117948
公开日1999年3月24日 申请日期1998年9月3日 优先权日1997年9月3日
发明者M·恩格尔哈德特, V·维恩里希 申请人:西门子公司