專利名稱：進行結(jié)構(gòu)化的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種進行結(jié)構(gòu)化的方法，特別是一種對很難或幾乎不可能用等離子體化學或干式化學方法進行刻蝕的物料層進行結(jié)構(gòu)化的方法。例如，由貴金屬、鐵電物質(zhì)、以及具有高介電常數(shù)的電解質(zhì)物質(zhì)所組成的物料層。
高度集成的存儲器組件，如DRAMS或FRAMS的迅猛發(fā)展，需要保持，甚至于改進電池容量的不斷微型化。為此，需要采用微薄的介電物料層和折迭的電容式電極(槽式電池，迭式電池)。最近以來，人們用新材料，特別是順電材料和鐵電物質(zhì)代替常用的氧化硅，用作蓄電池組的電容式電極。例如，人們用鈦酸鋇鍶(BST,(Ba,Sr)TiO3)，鈦酸鋯酸鉛(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)，摻鑭的鈦酸鋯酸鉛或鉭酸鍶鉍(SBT,SrBi2Ta2O9)，制造DRAMS或FRAMS的蓄電池組的電容器。
因此，這些材料通常可以沉積在現(xiàn)有的電極上(基礎電極)。這個過程是在高溫下進行的。這會使得通常用于組成電容器電極的這種材料，例如摻雜質(zhì)的聚硅，被輕度氧化，由此失去了其導電性，導致了蓄電池組的故障。
由于其優(yōu)良的氧化穩(wěn)定性和/或可形成能導電的氧化物，因此我們可以優(yōu)選第4d和5d的過渡金屬，特別是鉑金屬(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)，特別是鉑本身，以及錸，代替上述摻雜質(zhì)的聚硅，用作上述蓄電池組的電極材料。
同樣地，上述構(gòu)件不斷的微型化也需要可以代替迄今被用作導體的鋁的新材料。這種代替材料應該具有比鋁更小的比電阻和更小的電遷移性。最合適的代替材料是銅。
磁性隨機存取存儲器(MRAMS)的開發(fā)需要在微電子電路中的磁性的物料層(例如，F(xiàn)e、Co、Ni或坡莫合金)的集成。
為了從上述迄今尚未在半導體技術領域中廣泛使用的材料制備集成電路，必須對該材料的薄層進行結(jié)構(gòu)化。
通常，通過所謂的等離子體支撐的各向異性的刻蝕方法對迄今所用的材料進行結(jié)構(gòu)化作用。為此，采用了普通的物理—化學方法。其中，使用了由一種或多種反應性氣體，如氧、氯、溴、氯化氫、溴化氫或鹵化烴，與惰性氣體(如Ar、He)所組成的混合氣體。通常，該混合氣體是在一個電磁交變場中通過微小的壓力激發(fā)的。
圖4顯示了一個刻蝕室的工作方式的原理，其中描述了作為實例的平行板式反應器20。通過氣體入口21，把例如Ar和Cl2的混合氣體送入實際的反應室22中，并通過氣體排出口29被抽吸出去。平行板式反應器的下置板24，通過一個電容器27，與高頻電源28相連接，并被用作基底支撐物。通過在平行板式反應器的上置板23與下置板24上設立了高頻電的交變場，就會使上述混合氣體轉(zhuǎn)化成等離子體25。電子的遷移率比氣體陽離子的高，使得上置板23與下置板24充電，呈現(xiàn)與等離子體25相反的陰性。因此，上述兩個板23與24對呈陽性的氣體陽離子具有強的吸收力，以致于上述兩個板遭受該離子，如Ar+的持續(xù)不斷的撞擊。因為氣體壓力較低，一般是0.1-10Pa，因此在中性粒子上和相互間，只發(fā)生微小有限的離子的分散。而這時離子幾乎垂直地打中基底26的表面，該基底26是被平行板式反應器的下置板24所支撐的。這樣，就可以在基底26之下的欲刻蝕的物層上形成一個很好的掩膜(圖中未示出)。
通常，人們用光敏漆作為掩膜材料。因為可以通過曝光和顯影步驟比較容易進行結(jié)構(gòu)化。
刻蝕作用中的物理方面，是通過撞擊離子(如Cl2+、Ar+)的脈沖量和動力能發(fā)生作用的。在基底與反應性的氣體粒子(離子、分子、原子、原子團)之間附加發(fā)生的化學反應由此被引發(fā)或促進，同時伴隨揮發(fā)性的反應產(chǎn)物的形成(刻蝕作用的化學方面)。上述在基底粒子和氣體粒子之間發(fā)生的化學反應決定刻蝕過程的刻蝕選擇性。
我們非常可惜地指出，上面所提及的用于集成電路的新材料是屬于化學上很難或幾乎不能刻蝕的材料。其中，甚至在使用“反應性的”氣體時，刻蝕損耗主要地或幾乎是唯一地基于刻蝕作用中的物理方面。
由于缺乏刻蝕作用中的化學方面的因素或影響很小，因此欲進行結(jié)構(gòu)化作用的物料層的刻蝕損耗與掩膜或基底(刻蝕頂層)的刻蝕數(shù)量級相同。也就是說，刻蝕掩膜或基底的刻蝕選擇性通常是小的(約0.3-3.0)。其結(jié)果是，通常具有傾斜側(cè)壁的掩膜的刻蝕，以及在掩膜上的不可避免的磨刻面的形成(斜切面)，就只能確保結(jié)構(gòu)化作用的較小的尺寸精確性。這種磨刻面限制了欲進行結(jié)構(gòu)化作用的物料層在進行結(jié)構(gòu)化作用時，所能達到的成型側(cè)面的陡度，以及所能達到的最小的結(jié)構(gòu)尺寸。
在等離子體化學刻蝕方法中，當混合氣體中的反應性氣體的成分(特別是氯)越多，則在掩膜上的磨刻面，以及欲進行結(jié)構(gòu)化作用的物料層的磨刻面就越大。相應地，當混合氣體中不含有反應性氣體時，例如采用純的氬等離子體時，在欲進行結(jié)構(gòu)化作用的物料層上就會形成最陡的成型側(cè)面。
除了上述所謂的欲進行結(jié)構(gòu)化作用的物料層的磨刻面外，在進行結(jié)構(gòu)化作用過程中，也會在欲進行結(jié)構(gòu)化作用的物料層上形成所不希望的材料的再沉積現(xiàn)象。這種再沉積現(xiàn)象例如出現(xiàn)在漆質(zhì)掩膜的側(cè)壁上。迄今為止只能在后處理步驟中不完全地或根本不可能將其除去。在等離子體化學刻蝕方法中，當混合氣體中的反應性氣體成分越少時，則上述形成的再沉積物就越結(jié)實。相應地，迄今的過程控制中，在大多數(shù)情況下，控制混合氣體中的氬成分維持少些，即采用氯—氬的等離子體。然而，當刻蝕氣體混合物中的氯成分提高時，就又會增加掩膜的磨刻面的形成。
在采用漆質(zhì)掩膜的鉑刻蝕作用情況下，所用的反應性氣體，如氯或HBr等，會形成中間的再沉積現(xiàn)象，該現(xiàn)象在繼續(xù)的刻蝕過程中又會消失。這些結(jié)構(gòu)也會導致CD-擴張和扁平的鉑側(cè)壁。在不僅使用氯而且使用漆質(zhì)掩膜的過程中，這是最大的缺點。
在對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化作用中，用所謂的“硬掩膜”(“hard mask”)代替上述的漆質(zhì)掩膜時，就會明顯地使許多上述的難題迎刃而解。然而，“硬掩膜”的結(jié)構(gòu)化作用需要附加的處理步驟，這勢必會使整個處理過程的費用上漲。
本發(fā)明的任務在于，提出一種進行結(jié)構(gòu)化的方法，該方法使克服或減少在迄今所用的現(xiàn)有技術的方法中存在的缺點。
用本文權利要求1或3就能實現(xiàn)本發(fā)明的目的。用本說明書中的其它權利要求以及附圖，進一步描述本發(fā)明的較佳實施方案、造型和觀點。
本發(fā)明提供了一種對至少一個欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化的方法，其中包括下列步驟在欲結(jié)構(gòu)化的物料層上涂敷一個掩膜，在涂敷掩膜的情況下，對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化，除去上述掩膜，其中保留了在欲結(jié)構(gòu)化的物料層上的再沉積物，用聲波作用除去上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層上的再沉積物。
如上所述，用聲波作用就能容易地，可靠地除去上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層上的再沉積物，而后者是難于用一般化學方法除去的。其中，不會造成對已經(jīng)在薄膜上形成的結(jié)構(gòu)的損害或毀壞。本發(fā)明方法的優(yōu)點在于，即在對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行實際的結(jié)構(gòu)化作用時所采用的方法中，例如等離子體化學腐蝕方法，可以不考慮所用的方法是否會導致再沉積作用的提高。因此，例如在等離子體化學刻蝕方法中，可以只用純的氬等離子體。其結(jié)果是，還可以采用迄今仍普通使用的漆質(zhì)掩膜。然而并沒有出現(xiàn)，如同在使用反應性氣體時所出現(xiàn)的，在掩膜上形成的過度的磨光面。
此外，本發(fā)明還提供了一種對至少一個欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化的方法，其中包括下列步驟在欲結(jié)構(gòu)化的物料層上涂敷一個掩膜，在涂敷掩膜的情況下，對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化，用聲波作用除去上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層的掩膜與再沉積物。
同時除去掩膜和再沉積物可以省略一個處理步驟。這勢必使整個過程變得簡化和便宜。如果該掩膜是漆質(zhì)掩膜，用以共同除去漆質(zhì)和再沉積物的介質(zhì)最好是，EKC265,Stripper106,N-甲基吡咯烷酮(NMP)，卡羅酸，所謂的“發(fā)煙硝酸”或KOH。
上述聲波作用最好是在流體介質(zhì)中進行，特別是用超聲波池，粗聲波(Megosonic)裝置或受聲波作用的液體噴射裝置。
除去再沉積物以后，宜再實施“洗滌器”凈化處理。在除去再沉積物以后，也可附加地或可選擇地實施濕式化學凈化處理，特別是進一步應用聲波作用(超聲的，細聲的)支持的凈化處理過程。
上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層最好含有銅、鐵、鈷、鎳、第4d或5d的過渡金屬，特別是鉑金屬。
此外，該欲結(jié)構(gòu)化的物料層最好含有鐵電物質(zhì)，具有高介電常數(shù)(＞20)的電解質(zhì)物質(zhì)，鈣鈦礦或這些物質(zhì)的前體。上述這些物質(zhì)的前體可以理解成這樣的一種物質(zhì)，即將該物質(zhì)進行熱處理(例如退火)，或加氧處理后，可轉(zhuǎn)化成上述的這些物質(zhì)。
上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層最好含有鉭酸鍶鉍(SBT,SrBi2Ta2O9)，鈮酸鉭酸鍶鉍(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,X=0-2)，鋯酸鈦酸鉛(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)或其衍生物，以及鈦酸鋇鍶(BST,BaxSr1-xTiO3,X=0-1)，鈦酸鉛鑭(PLT,(Pb,La)TiO3)，鈦酸鋯酸鉛鑭(PLZT,(Pb,La)(Zr,Ti)O3)或其衍生物。
此外，上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層最好含有鉑、金、銀、銅、銥、鈀、釕、錸，或其氧化物。
上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層的結(jié)構(gòu)化作用最好是采用干式刻蝕方法，特別是等離子體刻蝕方法。
當用干式刻蝕方法對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行處理時，最好采用一個不含有反應性氣體的混合氣體。
當用干式刻蝕方法對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行處理時，最好采用一種惰性氣體，特別是氬氣。
此外，所采用的聲波頻率最好是在予定的頻率范圍以上變化。以便可用不同的大小頻率有效地除去再沉積物。
下面借助于附圖進一步詳述本發(fā)明。


圖1-3圖示描述了本發(fā)明的方法，圖4圖示描述了一個具有平行極板反應器形狀的刻蝕室。
圖1-3用圖顯示了本發(fā)明的方法。其中，在一個基底，上涂敷一個SiO2層2，及一個粘附或屏障層3，該層是由鈦或鈦的氮化物組成的。用濺射涂膜方法，在該粘附或屏障層3，上涂敷一個鉑層4，作為欲結(jié)構(gòu)化的物料層。在該鉑層4上涂上一個漆質(zhì)層。此后，該漆質(zhì)層用作上述鉑層4的掩膜5。用曝化步驟和沖洗顯影步驟使上述漆質(zhì)層進行結(jié)構(gòu)化。由此形成的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
然后，進行離子刻蝕或濺射刻蝕作用，以使上述鉑層4發(fā)生物理的干式刻蝕作用。其中可用純的氬氣作為刻蝕氣體。也可以用其他的等離子體刻蝕方法，例如電抗性的離子刻蝕方法(RIE)，磁場支持的電抗性離子刻蝕方法(MERIE)，ECR刻蝕方法(電子回旋共振刻蝕法)，或感應耦合的等離子體刻蝕方法(ICP,TCP)，代替上述離子刻蝕方法。
因為可用純的氬氣作為刻蝕氣體，因此，在掩膜5上不會形成明顯的磨刻面。相應地，掩膜5的刻蝕也是小的。由于較小的掩膜刻蝕，因此可使結(jié)構(gòu)化作用得到更高的尺寸精確度。此外，還因此可以在欲結(jié)構(gòu)化的物料層上形成更陡的刻蝕側(cè)壁。從而可得到其坡口角度大于80°的刻蝕側(cè)壁。
由于缺乏化學組分，因此在干式刻蝕過程中，在漆質(zhì)掩膜5的側(cè)壁上可形成鉑的再沉積層6。該鉑再沉積層6，迄今很難或幾乎不可能用一般的化學方法再除去。
可用漆質(zhì)化方法除去上述漆質(zhì)掩膜5。由此，可使自由放置的鉑再沉積層6重新放置于已結(jié)構(gòu)化的鉑層4的表面上。由此形成的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
緊接著用聲波作用除去再沉積層6，為此可采用一個超聲波池(BandelinSonorex Super RK 255H)。把如圖2所示的結(jié)構(gòu)物浸入一種液體介質(zhì)中。首先把結(jié)構(gòu)物浸入在N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑中，該溶劑的溫度控制在約65℃。接著向該液體介質(zhì)通入其頻率約為35KHz，功率為2*320瓦的超聲波。用上述超聲波作用，可輕易并可靠地除去上述再沉積層6。其中不會損害或毀壞已在薄片上形成的結(jié)構(gòu)物。
接著進行“洗滌器”凈化處理。在除去再沉積層6以后，可以附加地或可選擇地也實施一種濕式化學凈化過程。例如用高度稀釋的HF酸，最好是在聲波作用的支持下，進行濕式化學凈化。它可導致在鉑結(jié)構(gòu)物與SiO2表面之間的化學分離，以及以機械支持方式將顆粒從該區(qū)域中除去。由此得到的結(jié)構(gòu)如圖3所示。
權利要求
1．對至少一個欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化的方法，其步驟包括-在欲結(jié)構(gòu)化的物料層上涂敷一個掩膜，-在涂敷上述掩膜的情況下，對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化作用，-除去上述掩膜，其中保留了該欲結(jié)構(gòu)化的物料層上的再沉積物，-用聲波作用除去上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層上的再沉積物。
2．根據(jù)權利要求1的方法，其特征是，上述掩膜是漆質(zhì)掩蔽物，后者宜通過灰化予以除去。
3．對至少一個欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化的方法，其步驟包括-在欲結(jié)構(gòu)化的物料層上涂敷一個掩膜，-在涂敷掩膜的情況下，對欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化作用，-用聲波作用除去上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層的掩膜與再沉積物。
4．根據(jù)權利要求1-3中之一的方法，其特征是上述聲波作用是通過一個超聲波池，粗聲波裝置，或受聲波作用的液體噴射裝置實施的。
5．根據(jù)權利要求1-4中之一的方法，其特征是用“洗滌器”凈化過程在除去上述的再沉積物之后進行。
6．根據(jù)權利要求1-5中之一的方法，其特征是用濕式化學凈化過程在除去上述的再現(xiàn)積物之后進行。
7．根據(jù)權利要求5或6中之一的方法，其特征是該凈化過程是借助于聲波作用進行的。
8．根據(jù)權利要求1-7中之一的方法，其特征是上述欲結(jié)構(gòu)化的物層含有銅、鐵、鈷、鎳、第4d或5d的過渡金屬，特別是鉑金屬。
9．根據(jù)權利要求1-7中之一的方法，其特征是上述欲結(jié)構(gòu)化的物層含有鐵電物質(zhì)，具有高介電常數(shù)的電解質(zhì)物質(zhì)，鈣鈦礦或這些物質(zhì)的前體。
10．根據(jù)權利要求9的方法，其特征是該欲結(jié)構(gòu)化的物層含有鉭酸鍶鉍(SBT,SrBi2Ta2O9)，鈮酸鉭酸鍶鉍(SBNT,SrBi2Ta2-xNbxO9,X=0-2),鋯酸鈦酸鉛(PZT,Pb(Zr,Ti)O3)或其衍生物，或者鈦酸鋇鍶(BST,BaxSr1-xiO3,X=0-1)，鈦酸鉛鑭(PLT,(Pb,La)TiO3)，鈦酸鋯酸鉛鑭(PLZT,(Pb,La)(Zr,Ti)O3)或其衍生物。
11．根據(jù)權利要求8的方法，其特征是上述欲結(jié)構(gòu)化的物層含有鉑、金、銀、銥、鈀、釕、錸或其氧化物。
12．根據(jù)前述權利要求中之一的方法，其特征是在上述欲結(jié)構(gòu)化的物層進行干式刻蝕時，采用不含有反應性氣體的混合氣體。
13．根據(jù)前述權利要求中之一的方法，其特征是在上述欲結(jié)構(gòu)化的物層進行干式刻蝕時，所采用的混合氣體中，除了含惰性氣體與氮氣外，只含有氧氣。
14．根據(jù)前述權利要求中之一的方法，其特征是在上述欲結(jié)構(gòu)化的物層進行干式刻蝕時，采用一種惰性氣體，特別是氬氣。
15．根據(jù)權利要求1-14中之一的方法，其特征是，上述的掩膜含有硅，氧化硅，特別是SiO2，金屬，特別是鋁或鎢，金屬的氮化物，如氮化鈦，特別是TiNx(0.8＜X＜1.2)，或者金屬的硅化物。
16．根據(jù)前述權利要求中之一的方法，其特征是所采用的聲波的頻率在予定的頻率范圍上變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個對至少一個欲結(jié)構(gòu)化的物料層進行結(jié)構(gòu)化的方法,其步驟包括:在欲結(jié)構(gòu)化的物料層上涂敷一個掩膜,在涂敷上述掩膜的情況下,對欲結(jié)構(gòu)化的物層進行結(jié)構(gòu)化;除去上述掩膜,其中保留了該欲結(jié)構(gòu)化的物料層的再現(xiàn)積物;然后,再用聲波作用除去上述欲結(jié)構(gòu)化的物料層的再沉積物。
文檔編號H01L21/3065GK1211831SQ98117948
公開日1999年3月24日 申請日期1998年9月3日 優(yōu)先權日1997年9月3日
發(fā)明者M·恩格爾哈德特, V·維恩里希 申請人:西門子公司