專利名稱：結構形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種結構形成的方法，特別是涉及一種難以或不能以等離子體化學或干化學蝕刻的薄層的結構形成方法，例如這種薄層是由貴金屬，鐵電材料以及高的相對介電常數(shù)的介電材料所組成。
開發(fā)高集成存儲器組件時，如DRAM或FRAM，要求在進一步小型化下，應保持或改善單元電容。為了達到這個目的，采用越來越薄的介電層和折疊式的電容器極板(夾層式-單元(Trench-Zelle)，堆積式-單元(Stack-Zelle))。近年來采用新型材料來代替慣用的氧化硅類材料，新型材料特別是指介于存儲器單元的電容器極板之間的順電體和鐵電體。例如鋇鍶鈦酸鹽(BST,(Ba,Sr)TiO3)，鉛鋯酸鹽·鈦酸鹽(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)以及摻雜鑭的鉛鋯酸鹽·鈦酸鹽或鍶鉍鉭酸鹽(SBT,SrBi2Ta2O9)用于DRAM或FRAM存儲器單元的電容器。
在此方法中，這些材料通常是沉積在準備好的極板(底部極板)上。該過程是在高溫下進行，這樣，通常形成的電容器極板的材料，如摻雜的多晶硅，易于被氧化，并失去其導電性能，從而導至存儲器單元的損壞。
從良好的氧化穩(wěn)定性和/或形成導電氧化物看，4d和5d過渡金屬，特別是鉑族金屬(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)和尤其是鉑本身以及錸可作為有希望的候選材料，并能代替摻雜多晶硅作為適用的極板材料用于上述存儲器單元中。
器件的進一步微型化的結果同樣需要對至今在導體線路上采用的鋁材料尋找替代材料。這種取代材料應比鋁的電阻率小以及有較小的電遷移。銅是其中最有希望的候選材料。
再者，磁性的“隨機存取存儲器”(MRAM)的開發(fā)需要在微電線路中使磁性薄層(例如Fe,Co,Ni或坡莫合金)集成化。
為了所述的、至今在半導體工藝中尚未推廣的材料能制成集成電路，必須使這些材料的薄層能形成結構。
直到目前所用材料的結構形成一般是用所謂的等離子體增強的各向異性的蝕刻方法。這里通常應用物理化學的方法，在這些方法中所采用的氣體混合物為一種或多種反應性的氣體，如氧、氯、溴、氯化氫、溴化氫以及鹵素化碳氫化合物和惰性氣體(如Ar,He)。通常這種氣體混合物在電磁交變場中在低氣壓力下受激。
圖8是一個蝕刻室的工作原理圖，它是作為一種平行板反應器20的實例。氣體混合物，例如Ar和Cl2經(jīng)過氣體入口21進入實際的反應室22，并用泵從氣體出口29抽出。平行板反應器的下板24經(jīng)電容器27與高頻源28相連，同時作為基片架，在平行板反應器的上板和下板23,24上施加高頻交變電場下將氣體混合物轉(zhuǎn)換成等離子體25中。由于電子的遷移率大于氣體陽離子的遷移率，因此上板和下板23和24相對等離子體25來說帶負電。因而兩平板23,24對帶正電的氣體陽離子產(chǎn)生強的引力，使平行板受到這些離子例如Ar+的持續(xù)性轟擊。在此期間由于氣體壓力保持較低，典型值為0.1-10Pa，離子彼此和與中性粒子只發(fā)生很少的散射作用，同時離子幾乎垂直于放在平行板反應器下板24上的基片26的表面上。這樣可在處于掩膜下面的基片26的欲蝕刻薄層上形成良好的掩膜圖象(未顯出)。
通常應用光刻膠作為掩膜材料，由于它經(jīng)過爆光和顯影步驟能相對簡單的形成結構。
蝕刻作用的物理機理部分是通過入射離子(例如Cl2+,Ar+)的動量和動能作用。此外，還由此引發(fā)或加強了基片和反應性氣體粒子(離子，分子，原子，自由基)之間的化學反應(蝕刻作用的化學機理部分)，以形成揮發(fā)性反應產(chǎn)物?；Ｗ雍蜌怏w粒子之間的這種化學反應決定著蝕刻工藝的高蝕刻選擇性。
可惜由上所述可知，在集成電路中所用的新的材料屬于化學上很難或者不可能蝕刻的材料，在此過程中，其蝕刻量以及在應用“反應性”氣體的情況下，大部分的或者近乎所有的均由蝕刻作用的物理機理部分產(chǎn)生的。
由于較少或者缺少蝕刻的化學組分的原因；故欲形成結構的薄層的蝕刻量與掩膜或底層(蝕刻中止薄層)的蝕刻量處于同一數(shù)量級，也就是說，蝕刻掩膜或底層的蝕刻選擇性一般較小(約0.3-3.0)。其結果是，由于掩膜順傾斜側面的的浸蝕以及掩膜的難免的刻面形成(斜切、錐度)只能保證結構形成的較小的尺寸穩(wěn)定性。此刻面限制了在結構形成時達到最小的結構形成尺寸。
此外，在欲成結構的薄膜的結構形成時可能導至欲成結構的薄層的材料的再沉積。例如此種再沉積出現(xiàn)在膠掩膜的側面壁上，并在接下來的工藝步驟中除去沉積經(jīng)常是很費事的。由于再沉積隨蝕刻氣體混合物中氬組分增加而遞增，故工藝實施中，多數(shù)情況下將例如氯-氬-等離子體中的氬組分控制在較小的量。但在蝕刻氣體混合物中提高氯組分又將導至增加掩膜的刻面形成。
此外，特別是在“過蝕刻”步驟中，底層受嚴重蝕刻，同時出現(xiàn)很難控制蝕刻側面的斜切。
因此本發(fā)明的任務是提供一種結構形成的方法，防止或減少現(xiàn)今方法中所存在的缺點。
此任務按權利要求1的方法可得以解決。再者由從屬權利要求以及附圖可進一步的給出本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，裝置和目的。
根據(jù)本發(fā)明結構形成的方法至少可提供一種欲形成結構的薄層，該方法包括下列步驟在欲形成結構的薄層上涂敷消耗層；在該消耗層上涂敷含一種無機材料的掩膜；消耗層和欲形成結構的薄層在使用掩膜下形成結構；以及除去消耗層和掩膜。
本發(fā)明的優(yōu)點是，與光刻膠比較，含無機材料的掩膜是較耐抗性的材料，這樣就防止了掩膜的化學“灰化”。在主要是物理機理起作用的蝕刻工藝中，掩膜有很小的蝕刻率。由此使蝕刻工藝的選擇性提高。通過掩膜的少量浸蝕使結構形成的尺寸穩(wěn)定性提高。由此通過本發(fā)明利用反應性氣體的方法可在欲成結構的薄層上達到較陡的蝕刻側面。能產(chǎn)生超過85°坡度角的蝕刻側面。
消耗薄層材料是這樣選擇的，它應比掩膜材料更容易再除去。因此本發(fā)明的優(yōu)點是，由于消耗薄層的原因，能夠無困難的再除去掩膜。
欲成結構的薄層經(jīng)常涂敷于SiO2襯底上。按本發(fā)明方法就可確實避免如在除去SiO2硬掩膜時會產(chǎn)生的局部起伏。
欲成結構的薄層最好含有銅、鐵、鈷、鎳、4d或5d過渡金屬，特別是鉑金屬。
再者當欲成結構的薄層含有鐵電材料、具有高的相對介電常數(shù)(＞20)的介電材料、鈣鈦礦或此種材料的前體時是優(yōu)選的。所述材料的前體應理介為一種材料，它經(jīng)適宜的熱處理(如逐步升溫加熱)，有時在通氧氣下進行，能使其轉(zhuǎn)化成所述的材料。
當欲成結構的薄層含有鍶鉍鈦酸鹽(SBT,SrBi2Ta2O9)、鍶鉍鈮酸鹽·鉭酸鹽(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,x=0-2)、鉛鋯酸鹽·鈦酸鹽(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)或其衍生物以及鋇鍶鈦酸鹽(BST,BaxSr1-xTiO3,x=0-1)，鉛鑭鈦酸鹽(PLT,(Pb,La)TiO3)、鉛鑭鋯酸鹽·鈦酸鹽(PLZT,(Pb,La)(Zr,Ti)O3)或其衍生物時也是優(yōu)選的。
再者，當欲成結構的薄層含有鉑，金，銀，銥，鈀，釕，錸或其氧化物時是優(yōu)選的。
按本發(fā)明方法優(yōu)選的實施方案，掩膜含有氧化硅，特別是SiO2；金屬，特別是鋁、鈦或鎢；金屬氮化物，優(yōu)選為氮化鈦，特別是TiNx，0.8＜x＜1.2或金屬硅化物。
消耗層最好含有有機材料，特別是聚酰亞胺，多晶硅，至少是一種自旋涂敷的玻璃薄層或鋁。
再者，當欲成結構的薄層在干蝕刻時，提供一種反應性物質(zhì)，特別是反應性氣體是優(yōu)選的。
反應性氣體最好選自氧氣(O2)，氣態(tài)氟化物，氯(Cl2)，鹵化氫，鹵化烴或這些氣體的混合物。
此外，當欲成結構的薄層在干蝕刻時，提供惰性氣體，特別是氬氣是優(yōu)選的。
對欲成結構的薄層的干蝕刻最好采用等離子體蝕刻方法。
按本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案消耗薄層和掩膜是通過一種脫膜技術除去。但消耗薄層也可被灰化，并且掩膜材料通過“擦洗器”凈化去除。
掩膜材料最好以光技術形成結構。按本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，應用膠掩膜先使掩膜預成結構，除去膠掩膜后再使其完全形成結構。其優(yōu)點是在除去膠掩膜時，消耗薄層尚未剝離，這樣就防止了消耗薄層提前受損。
下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步的描述。


圖1至7示意的給出了本發(fā)明的方法。
圖8示意描述了平行平板反應器的蝕刻室。
圖1至7是本發(fā)明方法的示意圖。在適宜的襯底如SiO2襯底上，例如經(jīng)濺射法涂敷一層鉑薄層3作為欲成結構的薄層。在鉑層3上形成聚酰亞胺薄層4作為消耗層。通過TEOS工藝或硅烷工藝在聚酰亞胺薄層4上涂敷SiO2薄層5，它對其后的聚酰亞胺薄層4和鉑薄層3的結構形成作為SiO2硬掩6膜用。在SiO2薄層5上涂敷膠薄層，它通過爆光及顯影步驟對SiO2薄層5的結構形成作為膠掩膜7用。由此形成的結構示于圖1。
接著對SiO2薄層5進行等離子化學的各向異性蝕刻，為能對消耗薄層4和鉑薄層3接下來的結構形成作為掩膜6用。這里可用如CHF3/CF4或C4F8/CO作蝕刻氣體。
當然在此步驟時，SiO2薄層5尚未完全形成結構。等離子化學蝕刻將如此進行；消耗薄層4在每個位置上至少還由SiO2薄層5的薄區(qū)10所復蓋。SiO2薄層的薄區(qū)10的厚度，最好是SiO2薄層層厚的25％。由此所形成的結構示于圖2。
最后通過濕化學工藝或通過灰化除去膠掩膜7，其中聚酰亞胺薄層3由SiO2薄層的薄區(qū)10保護。由此所形成的結構示于圖3。
另一方案是一旦當鉑薄層3結構形成后，就可去除膠掩膜7。在此情況下保留著的膠掩膜7增強了作為掩膜用的SiO2薄層5。
接著將剩余SiO2薄層5進行各向異性的蝕刻透，使形成SiO2硬掩膜。用此工藝步驟，使聚酰亞胺薄層4在結構開口的底部顯露。下面步驟中尚有約75％厚度的SiO2薄層5可用作SiO2硬掩膜6。由此所形成的結構示于圖4。
接著對聚酰亞胺薄層4進行等離子化學各向異性蝕刻，使鉑薄層3的欲去除區(qū)域顯露。這里使用氧和氬混合氣體作為蝕刻氣。由此所形成的結構示于圖5。
接著進行反應性離子蝕刻(RIE)，以使鉑薄層3承受化學-物理的干蝕刻。這里采用添加有氯Cl2和氧O2的氬氣作為蝕刻氣體。為代替反應性離子蝕刻，也可采用其它等離子蝕刻方法如磁場增強反應性離子蝕刻(ME RIE),ECR-蝕刻(ECR，電子回旋加速器共振)或者感應偶合等離子蝕刻法(ICP,TCP)。由此所形成的結構示于圖6。
由于作為蝕刻氣的氬能添加氯Cl2，而不致造成掩膜6的嚴重刻面，從而避免鉑在聚酰亞胺薄層4的側面上的再沉積。通過掩膜較少的侵蝕就得到較高的結構形成的尺寸穩(wěn)定性。由此在欲成結構的薄層得到陡蝕刻側面。能產(chǎn)生超過85°坡度角的蝕刻側面。因而按本發(fā)明方法在避免再沉積的同時能產(chǎn)生幾乎垂直的側面。
接著通過脫膜技術除去尚保存的由聚酰亞胺薄層4和SiO2掩膜6組成的夾心掩膜。由此所形成的結構示于圖7。
由此，本發(fā)明的優(yōu)點是SiO2掩膜6會由于消耗薄層4的原故而易于再除去，此外通過本發(fā)明方法能確實避免如在除去SiO2硬掩膜時會形成的局部起伏。
權利要求
1．一種能使至少一層欲成結構的薄層達到結構形成的方法，該方法包括下列步驟在欲成結構的薄層上涂敷消耗薄層，在消耗薄層上涂敷含無機材料的掩膜，消耗薄層和欲成結構的薄層在應用掩膜下形成結構。消耗薄層和掩膜的去除。
2．按權利要求1的方法，其特征在于，欲成結構的薄層含有銅、鐵、鈷、鎳、4d或5d過渡金屬，特別是鉑金屬。
3．按權利要求1的方法，其特征在于，欲成結構的薄層含有鐵電材料、具有高的相對介電常數(shù)的介電材料、鈣鈦礦或此種材料的前體。
4．按權利要求3的方法，其特征在于，欲成結構的薄層含有鍶鉍鉭酸鹽(SBT,SrBi2Ta2O9)，鍶鉍鈮酸鹽·鉭酸鹽(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,X=0-2)鉛鋯酸鹽·鈦酸鹽(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)、或其衍生物或鋇鍶鈦酸鹽(BST,BaxSr1-xTiO3,x=0-1)、鉛鑭鈦酸鹽(PLT,(Pb,La)TiO3)、鉛鑭鋯酸鹽·鈦酸鹽(PLZT,(Pb,La)(Zi,Ti)O3)或其衍生物。
5．按權利要求2的方法，其特征在于，欲成結構的薄層含有鉑，金，銀，銥，鈀，釕，錸，或其氧化物。
6．按上述權利要求之一的方法，其特征在于，掩膜含有氧化硅，特別是SiO2；金屬，特別是鋁、鈦或鎢；金屬氮化物，優(yōu)選為氮化鈦，特別是TiNx,0.8＜x＜1.2或金屬硅化物。
7．按上述權利要求之一的方法，其特征在于，消耗薄層含有有機材料，特別是聚酰亞胺，多晶硅，至少是一種自旋涂敷的玻璃薄層或鋁。
8．按上述權利要求之一的方法，其特征在于，當欲成結構的薄層干蝕刻時，提供一種反應性物質(zhì)，特別是反應性氣體。
9．按權利要求8的方法，其特征在于，反應性氣體選自氧氣(O2)、氮氣(N2)、氫氣(H2)、氣態(tài)氟化物、鹵化氫、鹵化烴、氯(Cl2)或這些氣體的混合物。
10．按上述權利要求之一的方法，其特征在于，當欲成結構的薄層干蝕刻時，提供一種惰性氣體，特別是氬氣。
11．按上述權利要求之一的方法，其特征在于，應用等離子體蝕刻方法進行干蝕刻。
12．按上述權利要求之一的方法，其特征在于，通過脫膜技術除去消耗薄膜和掩膜。
13．按權利要求1至11之一的方法，其特征在于，消耗薄膜被灰化，并且掩膜材料通過“擦洗器”凈化去除。
14．按上述權利要求之一的方法，其特征在于，掩膜材料通過光技術形成結構。
15．按權利要求14的方法，其特征在于，在應用膠掩膜下先使掩膜預成結構，除去膠掩膜后再使掩膜完全形成結構。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能使至少一層欲成結構的薄層達到結構形成的方法,該方法包括下列步驟:在欲成結構的薄層上涂敷消耗薄層;在消耗薄層上涂敷含無機材料的掩膜;消耗薄層和欲形成結構化的薄層在應用掩膜下形成結構;和消耗薄層和掩膜的去除。
文檔編號H01L21/02GK1207577SQ9811674
公開日1999年2月10日 申請日期1998年7月31日 優(yōu)先權日1997年8月1日
發(fā)明者M·恩格哈爾德特, V·維恩里希 申請人:西門子公司