专利名称：用于制造具有大的高宽比结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造具有大的高宽比结构的方法，以及涉及具有大的高宽比的结构。
在过去的25年里，DRAM存储芯片的存储密度从一代至下一代各达到四倍速增长。然而在这期间，基本存储单元的设计原理以及还有用于构造存储单元的材料却基本保持没变。与25年前相同，一个DRAM存储单元包括一个晶体管和一个存储代表信息的所需电荷的电容器。存储单元电容器有用掺杂硅和/或多晶硅制成的两个电极和一个用二氧化硅和/或氮化硅制成的位于电极间的介质层。
为了使存储于电容器中的电荷能以可重现的方式读出，电容器电容的数值应至少约为30fF。同时，电容器横向尺寸的大小已经并且还将不断地被减小，以便能够实现前述存储密度的增加。尽管电容器的横向尺寸正在减小，存储单元电容器的实质上相反的要求已经导致且还将导致愈来愈复杂的电容器结构(“槽式电容器”，“叠层电容器”，“齿冠状电容器”)，以便能够提供足够的电容器面积。但由此，电容器的生产变得越来越复杂并因此越来越昂贵。
确保电容器有足够电容的另一途径是在电容器电极间使用不同的材料。因此，目前在储存单元的电容器电极间，通常的二氧化硅/氮化硅已被新型材料，特别是顺电体和铁电体的使用所代替。这些新型材料所具有的相对介电常数(＞20)显著高于通常的二氧化硅/氮化硅(＜8)。这意味着给定相同的电容和相同的存储单元横向尺寸，使用这些新材料可以显著地减少所需的电容器面积以及电容器结构所需的复杂性。例如，所使用的有钛酸锶钡(BST,(Ba,Sr)TiO3)，锆钛酸铅(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)和/或掺镧锆钛酸铅或钽酸锶铋(SBT,SrBi2Ta2O9)。
令人遗憾的是，使用新型顺电体或铁电体也意味着使用新型电极材料。新型顺电体或铁电体通常被淀积到现有的电极上(底部电极)。工艺过程是在高温下进行的，在高温下，通常构成电容器电极的材料，例如掺杂的多晶硅，容易被氧化并失去它们的电学上的导电特性，这将导致存储单元失效。
由于它们好的抗氧化性和/或形成电学上导电的氧化物，4d和5d过渡金属，尤其是铂系金属(Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt)，特别是铂本身，以及铼是可能代替掺杂的硅/多晶硅作为电极材料的有希望的候选材料。
如果，在第一次使用新型材料(例如铂和BST)时，一种简单结构的“叠层电容器”足以提供所需的电容的话，但是，后几代DRAM存储单元的继续不断的小型化意味着，由新型材料构成的电容器也必须具有相应的更复杂的结构以确保足够的电容器面积。通常只有采用大的高宽比(高与宽之比)的结构才可以获得大的表面同时有小的横向尺寸。但是，使用新型顺电体或铁电体和新型电极材料，这种类型的精确结构并没有被制造出来，或者只是在高额费用下才能制造出来。
因此，本发明的任务在于，提供一种用于制造具有大的高宽比结构的方法，特别是采用上述材料，以及提供一种具有大的高宽比的结构。
该任务是用本发明提供的一种用于制造具有大的高宽比结构的方法和用此方法制成的结构予以解决的。这种方法包括如下步骤所要制造的结构的材料以层的形式提供，一掩膜加在该层上面，在使用掩膜的情况下对该层进行干法刻蚀，以此在掩膜的侧墙上形成该层材料的再淀积，除去掩膜，即留下一个具有大的高宽比的结构。
按照本发明所描述的方法，以相对简单和快捷的方式，只用很少的工艺步骤和只用一个掩膜技术，使制造很高(≥1μm)和很薄(≤50nm)的结构成为可能。具有如此大的高宽比的结构，特别是当它们由一种导电材料构成时，用其它方法不可能被制造出来，或者只能以高额费用才能用其它方法制造出来。
优选采用等离子刻蚀工艺进行该层的干法刻蚀。此外，在该层的干法刻蚀过程中，提供一种气体或气体混合物，优选一种惰性气体，它与所要制造的结构的材料不形成挥发性化合物。
许多种工艺可用于该层的干法刻蚀。反应离子刻蚀(RIE)，磁增强反应离子刻蚀(MERIE)，电子回旋共振刻蚀(ECR刻蚀)或电感耦合等离子刻蚀工艺(ICP,TCP)优选用于该层的干法刻蚀。
而且，若结构的高宽比大于2，最好大于10，特别是大于20则为有利。
该结构优选形成为一种自稳定结构。尤其优选结构形成为一个封闭结构，例如一个封闭环。
根据本发明的方法可以采用多种材料来实现。然而最好是，该层含有一种金属，尤其是铜、铁、钴、镍，或一种4d或5d过渡金属，尤其是铂金属。此外优选该层含有铂、金、银、铱、钯、钌、铼或它们的氧化物。
此外，至少有一个续层加在该结构上，便再形成一种具有大的高宽比的结构。特别优选该续层为绝缘层。
而且，优选该续层含有一种铁电材料，一种介电材料，特别是一种具有高的相对介电常数的介电材料，一种钙钛矿或这些材料的先驱物。这种情况下，上述材料的先驱物可被理解为一种材料，它可通过适当的热处理(例如退火)，如果需要输以氧气，转化为上述材料。
因此，优选该续层含有钽酸锶铋(SBT,SrBi2Ta2O9)，钽铌酸锶铋(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,x=0-2)或衍生物，锆钛酸铅(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)或衍生物或者钛酸锶钡(BST,BaxSr1-xTiO3,x=0-1),钛酸铅镧(PLT,(Pb,La)TiO3)，锆钛酸铅镧(PLZT,(Pb,La)(Zr,Ti)O3)或衍生物。
此外，优选将所要制造的结构的材料以层的形式加在导电层上。因而，就可能例如形成两个封闭环，这两个封闭环通过导电层相互电学上导电地连通。这也就意味着包含这样一种情况，在这里只制造了一个比较厚的导电层，这层的上部材料起着产生再淀积的作用，而该层的下部材料用作再淀积的导电连接。
下面借助附图的图形更详细说明本发明。附图所示为
图1至4给出了一种用于制造具有大的高宽比结构的本发明方法的示意图，和图5给出了一个用于依据本发明的方法且为平行板反应器形式的刻蚀室示意图。
图1至4示出了用于制造具有大的高宽比结构的本发明方法的示意图。
阻挡层2，例如TiN，加在硅衬底1上。铂层3是用CVD或溅射工艺淀积在该阻挡层2上的。铂层3的铂构成尚待制造的具有大的高宽比结构的材料。然后再涂覆一个光刻胶层。该光刻胶层被曝光并显影，因此形成了光刻胶掩膜5。一种所谓的“硬掩膜”，例如“SiO2硬掩膜”，也可以被用来替代光刻胶掩膜5。最终结构如图1所示。
然后，用光刻胶掩膜5对铂层3进行干法刻蚀。采用一种所谓的等离子辅助各向异性刻蚀工艺使铂层3结构化。在此过程中使用了与铂层的铂不形成挥发性化合物的气体混合物。本例中使用了纯氩气。
气体在低气压下在交变电磁场中被激活。图5示出了所用的平行板反应器20的基本运作方法。氩气经进气口21送入实际的反应室22，再经出气口29抽出。平行板反应器的下极板24经电容器27被连接到高频电源28。并用作基片座。通过对平行板反应器上极板和下极板23，24应用高频交变电场，气体转化为等离子体25。由于电子的迁移率大于气体阳离子的迁移率，上极板和下极版23,24相对于等离子体25带负电荷。因此两个极板23,24对带正电荷的气体阳离子产生高吸引力，其结果是两个极板遭受到这些Ar+离子的持久轰击。此外，由于气体压力保持低压状态，典型地为0.1-10Pa，在Ar+离子本身之间及对中性粒子只有少量散射，同时离子实际上是垂直地碰撞到铂层3的表面上，铂层3是借助衬底1(未示出)被保持在平行板反应器的下极板24上的。这使得掩膜5(未示出)可在下面的待刻蚀铂层3上很好的成像。
铂层3的刻蚀通过撞击上的Ar+离子的动量和动能来实施。此外，在铂层3的铂和Ar+离子间不存在化学反应。这就是为什么被溅射的铂的再淀积6(图2)出现在掩膜5的侧墙上。这些再淀积6具有，在某种意义上取决于光刻膜掩膜5的高度，一个大的高度(≥1μm)而同时它们又是很薄的(≤50nm)。
然后，通过进一步的各向异性干法刻蚀使阻挡层2结构化，并采用烧尽步骤除去光刻胶掩膜5。如果一种“SiO2硬膜”被用来替代光刻胶掩膜，则可通过进一步腐蚀，一种所谓的“HF浸泡”，将该硬膜除去。在这个工艺中再淀积6被保留下来。这样，具有大的高宽比的结构6就被制造出来了(见图3)。在这里需要指出图3示出了一个通过一个实际是环形封闭的再淀积层6的剖视图。即使在非常大的宽高比的情况下，借助环形封闭的形状，再淀积层6自身是机械稳定的。
下一步中，钛酸锶钡层7(BST,(Ba,Sr)TiO3)采用CVD工艺尽可能保形地形成在再淀积层6上。因此再淀积层6和BST层7再次构成具有大的高宽比的结构9。然后导电层8被形成在BST层7上。这也可以保形地进行，形成一个第三结构10，它同样具有大的高宽比。图4示出由此得到的总体结构。
按照本发明的方法制造的结构10可用作DRAM存储芯片的存储单元中所谓的“齿冠状电容器”。齿冠状结构的结果是，这种电容器具有显著的大于简单平板电容器的面积。因此“齿冠状电容器”的电容也增加了。
如果这样一种有一个墙的“齿冠状电容器”的电容还不够，那么形成有多个墙的“齿冠状电容器”也是可能的。
如所示，按照本发明所描述的方法，以相对简单和快捷的方式，只用很少的工艺步骤和只用一个掩膜技术，使制造很高(≥1μm)和很薄(≤50nm)的结构成为可能。具有如此大的高宽比的结构，特别是当它们由一种导电材料，特别是铂，构成时，以前用其它方法是不可能被制造出来的，或者只能以高额费用才能用其它方法制造出来。
权利要求
1．用于制造具有大的高宽比结构的方法，其步骤如下待制造结构的材料以层的形式被提供，一掩膜加在该层上，在使用掩膜的情况下对该层进行干法刻蚀，以此在掩膜的侧墙上形成该层材料的再淀积，除去掩膜，即留下一个具有大的高宽比的结构。
2．按照权利要求1所述的方法，其特征在于，一种等离子刻蚀工艺用于该层的干法刻蚀。
3．按照权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，在该层的干法刻蚀中，提供一种气体或气体混合物，最好是一种惰性气体，它与待制造的结构的材料不形成挥发性化合物。
4．按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，反应离子刻蚀(RIE)，磁增强反应离子刻蚀(MERIE)，电子回旋共振刻蚀(ECR刻蚀)或电感耦合等离子刻蚀工艺(ICP,TCP)被用于该层的干法刻蚀。
5．按照权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，结构的宽高比大于2，最好大于10。
6．按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，该结构形成为一种自稳定结构。
7．按照权利要求6所述的方法，其特征在于，该结构被形成为一种封闭结构。
8．按照权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，该层含有一种金属，尤其是铜，铁，钴，镍或一种4d或5d过渡金属，尤其是铂金属。
9．按照权利要求8所述的方法，其特征在于，该层含有铂，金，银，铱，钯，钌，铼或它们的氧化物。
10．按照权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，至少一个另外的层被加在该结构上，使得又形成一种具有大的高宽比的结构。
11．按照权利要求10所述的方法，其特征在于，这另外的层是一绝缘层。
12．按照权利要求11所述的方法，其特征在于，这另外的层含有一种铁电材料，一种介电材料，尤其是一种具有高相对介电常数的介电材料，一种钙钛矿或它们的先驱物。
13．按照权利要求12所述的方法，其特征在于，这另外的层含有钽酸锶铋(SBT,SrBi2Ta2O9)，钽铌酸锶铋(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,x=0-2)，锆钛酸铅(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)或衍生物或者钛酸锶钡(BST,BaxSr1-xTiO3,x=0-1)，钛酸铅镧(PLT,(Pb,La)TiO3),锆钛酸铅镧(PLZT,(Pb,La)(Zr,Ti)O3)或衍生物。
14．按照权利要求11至13之一所述的方法，其特征在于，一个另外的导电层被加在绝缘层上，使得又形成一种具有大的高宽比的结构。
15．按照权利要求1至14之一所述的方法，其特征在于，待制造的结构的材料以层的形式被加在一导电层上。
16．具有大的高宽比的结构，其特征在于，该结构可按照权利要求1至15的一种方法得到。
全文摘要
本发明提供一种用于制造具有大的高宽比结构的方法,即:待制造的结构的材料以层的形式提供,一掩膜加在该层上,使用掩膜对该层进行干法刻蚀,由此,在掩膜的侧墙上形成该层材料的再淀积,除去掩膜,即留下具有大的高宽比的结构。本方法只用很少的步骤和只用一个掩膜,使制造很高和很薄的结构成为可能。具有如此大的高宽比的结构,特别是导电材料的结构,用其它方法制造或不可能或特别昂贵。
文档编号H01L21/02GK1211067SQ98118878
公开日1999年3月17日 申请日期1998年8月7日 优先权日1997年9月8日
发明者V·维恩里希, M·恩格尔哈德特 申请人:西门子公司