DE19901002B4 - Method for structuring a layer - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Strukturieren einer Schicht mit folgenden Schritten:
– ein Substrat (5) mit zumindest einer dauerhaft zu strukturierenden Schicht (15, 20, 60, 62) wird bereitgestellt;
– auf diese Schicht (15, 20, 60, 62) wird direkt eine Ätzmaske (25) aus einem Lackmaterial aufgebracht;
– die Schicht (15, 20, 60, 62) wird mittels eines ausschließlich physikalischen Ätzverfahrens mit hoher physikalischer Ätzkomponente unter Verwendung der Ätzmaske (25) geätzt, so daß dabei sehr steile Ätzflanken (32) in der Schicht (15, 20, 60, 62) geschaffen werden, wobei durch das Ätzen zumindest auf der Schicht (15, 20, 60, 62) und/oder auf dem Substrat (5) festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen (30) entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetragenes Material der Schicht (15, 20, 60, 62) enthalten und die Ätzrückstände darstellen; und
– die Schicht (15, 20, 60, 62) wird nachfolgend mit einem auf die Schicht (15, 20, 60, 62) gerichteten Flüssigkeitsstrahl (45) eines...Method for structuring a layer with the following steps:
A substrate (5) having at least one layer (15, 20, 60, 62) to be permanently structured is provided;
- On this layer (15, 20, 60, 62) is applied directly an etching mask (25) made of a paint material;
The layer (15, 20, 60, 62) is etched by means of an exclusively physical etching process with a high physical etching component using the etching mask (25), so that very steep etching edges (32) in the layer (15, 20, 60, 62) are created, wherein at least on the layer (15, 20, 60, 62) and / or on the substrate (5) adhering and mechanically relatively stable material deposits (30) are formed by the etching, the largely redistributed and abraded material of the layer (15, 20, 60, 62) and represent the etch residues; and
- The layer (15, 20, 60, 62) is subsequently with a on the layer (15, 20, 60, 62) directed liquid jet (45) of a ...

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie und betrifft ein Verfahren zum Strukturieren einer Schicht.The Invention is in the field of semiconductor technology and concerns a method for patterning a layer.

Zur Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen, beispielsweise Halbleiterspeichern, muß eine Vielzahl von unterschiedlichen Materialien, die z.B. in Form von Schichten auf einem Grundsubstrat aufgebracht sind, strukturiert werden. Dazu werden die zu strukturierenden Schichten mit einer geeigneten Ätzmaske bedeckt und anschließend einem Ätzmedium ausgesetzt. Dieses führt durch physikalischen und/oder chemischen Abtrag zu einem Entfernen der zu strukturierenden Schicht von den nicht durch die Ätzmaske bedeckten Bereiche des Grundsubstrats. Beim Ätzen kann es jedoch durch den Angriff des Ätzmediums auch zu einem teilweisen Entfernen der Ätzmaske kommen, in dessen Folge die Schicht nicht mehr maßhaltig geätzt wird. Dies äußert sich beispielsweise in geneigten Ätzflanken der zu strukturierenden Schicht. Derartig geneigte Ätzflanken sollen jedoch möglichst weitestgehend vermieden werden, um den durch sie verursachten zusätzlichen Platzbedarf zu vermindern. Auch eine Maßaufweitung durch geneigte Ätzfahren kann beobachtet werden.to Production of microelectronic components, for example Semiconductor storage, one must Variety of different materials, e.g. in the form of Layers are applied to a base substrate, structured become. For this purpose, the layers to be structured with a suitable etching mask covered and then an etching medium exposed. This leads by physical and / or chemical removal for removal the layer to be patterned by the not by the etching mask covered areas of the ground substrate. When etching, however, it can by the Attack of the etching medium also come to a partial removal of the etching mask, as a result the layer is no longer dimensionally stable etched becomes. This manifests itself for example, in inclined Ätzflanken the layer to be structured. Such inclined etching edges should however possible be largely avoided to the additional caused by them To reduce space requirements. Also a Maßaufweitung by inclined Ätzfahren can be watched.

Besondere Schwierigkeiten bereitet das Ätzen von Metall- und Metalloxidschichten. So erhält man beispielsweise beim Ätzen von Platin mit einem Ätzverfahren mit hoher physikalischer Komponente relativ steile Ätzflanken, jedoch bilden sich dabei gleichzeitig Materialablagerungen an der Ätzmaske aus, die nur äußerst schwer entfernbar sind. Daher wird neben der physikalischen Komponente dem Ätzverfahren zusätzlich eine reaktive chemische Komponente zugeordnet, um diese Materialablagerungen während des Ätzens zu unterdrücken bzw. abzutra gen. Derartige Ätzverfahren werden beispielsweise in den Fachartikeln Yoo et al. "Control of Etch Slope during Etching of Pt in Ar/Cl/O2 Plasmas", Japanese Journal of Applied Physics Vol. 35, 1996, Seiten 2501 bis 2504 und Park et al. "Platinium Etching in an Inductively Coupled Plasma" 26th Essderc 1996, Seiten 631 bis 634 beschrieben. In beiden Fachartikeln wird Platin in einem Argonplasma anisotrop geätzt, wobei dem Argonplasma Chlorionen als chemische Komponente zur Reduzierung der Materialablagerungen beigesetzt sind. Ungünstigerweise entstehen jedoch bei diesen Verfahren stark geneigte Platinätzflanken, die zu einer unerwünschten Vergrößerung der Ätzstruktur führen.Particular difficulties are encountered in the etching of metal and metal oxide layers. Thus, for example, when etching platinum with an etching method with a high physical component, relatively steep etching edges are obtained, but at the same time material deposits on the etching mask are formed at the same time, which are extremely difficult to remove. Therefore, in addition to the physical component, the etching process is additionally assigned a reactive chemical component in order to suppress or dissipate these material deposits during the etching. Such etching processes are described, for example, in the technical articles Yoo et al. "Control of Etch Slope during Etching of Pt in Ar / Cl / O 2 Plasmas", Japanese Journal of Applied Physics Vol. 35, 1996, pages 2501 to 2504 and Park et al. "Platinium Etching in of Inductively Coupled Plasma" 26 th ESSDERC 1996, pages 631 described to 634th In both papers, platinum is anisotropically etched in an argon plasma, with the argon plasma containing chlorine ions as a chemical component for reducing material deposits. Unfortunately, however, these processes produce greatly inclined platinum etching flanks, which lead to an undesired increase in the etching structure.

Das Ätzen von Platin in einem reinen Argonplasma wird in beiden Fachartikeln vermieden, da die sich beim Ätzen ausbildenden Materialablagerungen nur schwer entfernbar sind. Da die Materialablagerungen aus dem gleichen Material wie die zu strukturierende Schicht bestehen, würde z.B. ein naßchemisches Entfernen der Materialablagerungen auch zu einem unerwünschten Angreifen der Schicht führen.The etching of Platinum in a pure argon plasma is avoided in both articles, since the etching forming material deposits are difficult to remove. There the material deposits of the same material as the structuring Layer would exist e.g. a wet chemical Removing the material deposits also to an undesirable Attack the layer.

Es ist auch möglich, Platin bei stark erhöhten Temperaturen zu ätzen, da das Platin bei hohen Temperaturen mit den Ätzgasen flüchtige Verbindungen bildet. Voraussetzung hierfür ist jedoch die Verwendung von sogenannten Hartmasken aus relativ temperaturstabilen Maskenmaterialien. Der nachfolgend erforderliche Abtrag der Hartmasken führt jedoch gleichzeitig zu einem Abtrag freigelegten Grundsubstrats und damit zu einer unerwünschten Erhöhung der Topologie der zu prozessierenden Struktur.It is possible, too, Platinum at high temperatures to etch, because the platinum forms volatile compounds with the etching gases at high temperatures. Prerequisite for this However, the use of so-called hard masks is relatively temperature-stable mask materials. The following required Removal of the hard masks leads but at the same time exposed to a removal base substrate and thus to an undesirable Increase the Topology of the structure to be processed.

Die Verwendung von Ätzverfahren mit hoher physikalischer Komponente wird auch in der JP 5-21405 A vermieden, um die Bildung von schwer entfernbaren Materialablagerungen zu verhindern. Zwar entstehen auch beim chemischen Ätzen von Platin mit CF4 an den Seitenflanken der verwendeten Hartmaske aus Spin-on-Glas Filme, diese lassen sich jedoch relativ leicht mit einer Bürste und unter Zuhilfenahme eines Wasserstrahls entfernen. Die Filme werden mechanisch durch die Bürste von der Oberfläche entfernt. Der Wasserstrahl dient dann nur noch zum Fortspülen der losen Filme. Da auch hier auf die Verwendung von physikalischen Ätzverfahren verzichtet wird, entstehen beim Verfahren gemäß der JP 5-21405 A relativ flache Ätzflanken. Außerdem führt das nachträgliche Entfernen der Hartmaske zu einer Topologieverschärfung.The use of high physical component etching techniques is also avoided in JP 5-21405 A to prevent the formation of hard-to-remove material deposits. Although the chemical etching of platinum with CF 4 on the side flanks of the hard mask used in spin-on-glass films, these can be relatively easily removed with a brush and with the aid of a water jet. The films are mechanically removed from the surface by the brush. The water jet then only serves to flush the loose films. Since the use of physical etching methods is dispensed with here as well, the method according to JP 5-21405 A results in relatively flat etching edges. In addition, the subsequent removal of the hard mask leads to a topology tightening.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Strukturieren einer Schicht anzugeben, bei dem möglichst steile Ätzflanken ohne weiteren Angriff der zu strukturierenden Schicht entstehen.It It is therefore an object of the invention to provide a method for structuring specify a layer with the steepest Ätzflanken possible arise without further attack of the layer to be structured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Strukturieren einer Schicht mit folgenden Schritten:

  • – ein Substrat mit zumindest einer dauerhaft zu strukturierenden Schicht wird bereitgestellt;
  • – auf diese Schicht wird eine Ätzmaske aus einem Lackmaterial aufgebracht;
  • – die Schicht wird mittels eines Ätzverfahrens mit hoher physikalischer Ätzkomponente unter Verwendung der Ätzmaske geätzt, so daß dabei sehr steile Ätzflanken in der Schicht geschaffen werden, wobei durch das Ätzen zumindest auf der Schicht bzw. auf dem Substrat festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetragenes Material der Schicht enthalten und die Ätzrückstände darstellen; und
  • – die Schicht wird nachfolgend mit einem auf die Schicht gerichteten Flüssigkeitsstrahl eines organischen Lösungsmittels gereinigt, durch den dabei die Ätzrückstände und gege benenfalls die Ätzmaske weitestgehend von der Schicht entfernt werden, wobei
  • – der Flüssigkeitsstrahl mit einem Druck von 20 bis 150 bar durch zumindest eine Düse gepreßt wird und
  • – die zu strukturierende Schicht eine Metallschicht, eine Metalloxidschicht oder ein Schichtenstapel, der zumindest aus einer Metallschicht und einer metalloxidhaltigen Schicht besteht, ist, wobei das Metall aus der Gruppe bestehend aus Platin, Titan, Ruthenium, Tantal, Iridium, Rhenium, Palladium, Eisen, Kobalt, Nickel, Barium, Strontium, Niob, Blei, Zirkon, Lanthan, Wismut, Kalzium oder Kalium ausgewählt wird.
This object is achieved according to the invention by a method for structuring a layer with the following steps:
  • A substrate with at least one layer to be permanently structured is provided;
  • - On this layer, an etching mask is applied from a paint material;
  • The layer is etched by means of an etching process with a high physical etching component using the etching mask, so that very steep etch flanks are created in the layer, the etching forming at least on the layer or on the substrate adhering and mechanically relatively stable material deposits, contain the largely redistributed and abraded material of the layer and represent the etching residues; and
  • - The layer is subsequently with a on the Layer directed liquid jet of an organic solvent purified by the etching residues and where appropriate the etching mask are largely removed from the layer, wherein
  • - The liquid jet is pressed at a pressure of 20 to 150 bar through at least one nozzle and
  • The layer to be structured is a metal layer, a metal oxide layer or a layer stack consisting of at least one metal layer and a metal oxide-containing layer, the metal being selected from the group consisting of platinum, titanium, ruthenium, tantalum, iridium, rhenium, palladium, iron , Cobalt, nickel, barium, strontium, niobium, lead, zirconium, lanthanum, bismuth, calcium or potassium.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, Ätzrückstände sowie die ggf. auf dem Substrat und der strukturierten Schicht verbliebene Ätzmaske durch einen gerichteten Flüssigkeitsstrahl weitestgehend rückstandsfrei zu entfernen. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß die Ätzrückstände durch die Wucht des auf sie gerichteten Flüssigkeitsstrahl vom Substrat entfernt werden. Insbesondere bei einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls lassen sich auch festhaftende Ätzrückstände entfernen. Der Flüssigkeitsstrahl wird bevorzugt durch zumindest eine Düse geformt, durch die Flüssigkeit unter hohem Druck austritt und dabei einen relativ scharf gebündelten und mit hoher Strömungsgeschwindigkeit versehenen Hochdruckflüssigkeitsstrahl bildet.With Help of the invention it is possible to etch residues as well possibly remaining on the substrate and the patterned layer etching mask through a directed liquid jet largely residue-free to remove. The fact is exploited that the etching residues by the force of the liquid jet directed at them from the substrate be removed. Especially at a sufficiently high flow rate of the liquid jet it is also possible to remove adherent etching residues. The liquid jet is preferably formed by at least one nozzle, through the liquid exits under high pressure and thereby bundled a relatively sharp and with high flow velocity provided high pressure liquid jet forms.

Durch Versuche konnte überraschenderweise festgestellt werden, daß mittels eines bevorzugt gebündelten Flüssigkeitsstrahls auch fest anhaftende und mit der zu ätzenden Schicht bzw. dem Substrat verbundene Ätzrückstände von der Schichtoberfläche entfernbar sind. Derartige Ätzrückstände bestehen häufig aus einem amorphen oder polykristallinen Gemisch aus Schichtrückständen- und Ätzmaskenbestandteilen, die mechanisch fest mit der zu strukturienden Schicht verbunden sind. Die Schichtrückstände, d.h. Materialablagerungen, schlagen sich zumindest teilweise während des Ätzprozesses an den Seitenflanken der Ätzmaske und auf der Oberseite der Ätzmaske nieder und bilden dort zusammen mit teilweise aufgelockerten und oberflächennahen Ätzmaskenschichten eine mehrkomponentige festhaftende Schicht. Daher kann auch von aufgewachsenen Ätzrückständen bzw. Materialablagerungen gesprochen werden. Diese sind chemisch selektiv ohne Angriff der zu strukturierenden Schicht nur schwer zu entfernen, da ein chemischer Abtrag der Materialablagerungen gleichzeitig die zu strukturierende Schicht angreifen würde. Obwohl im weiteren von Ätzrückständen auf der Schicht gesprochen wird, sollen auch die auf dem Substrat haftendenden Ätzrückstände mitumfaßt werden.By Experiments could surprisingly be found that means one preferably bundled liquid jet also firmly adhering and with the layer to be etched or the substrate associated etch residues from the layer surface are removable. Such etching residues exist often from an amorphous or polycrystalline mixture of layer residue and etch mask components, mechanically firmly connected to the layer to be structured are. The layer residues, i. Material deposits, at least partially strike during the etching process the side edges of the etching mask and on top of the etching mask down and form together with partially relaxed and near-surface etching mask layers a multi-component adherent layer. Therefore, even of grown etching residues or Material deposits are spoken. These are chemically selective difficult to remove without attacking the layer to be structured, as a chemical removal of material deposits at the same time would attack the layer to be structured. Although in the further of etching residues on the layer is spoken, should also be included in the adhering to the substrate Ätzrückstände.

Durch den Flüssigkeitsstrahl werden die Ätzrückstände weitestgehend physikalisch entfernt. Ein chemischer Angriff auf die strukturierte Schicht ist daher ausgeschlossen. Bevorzugt werden gegenüber der Schicht weitestgehend inerte Flüssigkeiten verwendet.By the liquid jet the etching residues are as far as possible physically removed. A chemical attack on the structured Layer is therefore excluded. Preference is given to the Layer largely inert liquids used.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Schicht nahezu ausschließlich mit einem Ätzverfahren mit physikalischer Komponente zu ätzen und dadurch sehr steile Ätzflanken (70°–90°) der geätzten Schicht zu erhalten. Die bei diesem Ätzen, z.B. bei reinem Argonsputtern, entstehenden unerwünschten Materialablagerungen auf der Ätzmaske werden jedoch gemäß der Erfindung anschließend weitestgehend rückstandsfrei und einfach durch den Flüssigkeitsstrahl entfernt. Die Verwendung von reaktiven Gasen beim Ätzen, die zu facettierten Flanken führen und dadurch die laterale Ausdehnung der aus der Schicht geätzten Strukturen erhöhen, ist nicht nötig.By the inventive method Is it possible, the layer almost exclusively with an etching process etching with physical component and thus very steep etching edges (70 ° -90 °) of the etched layer to obtain. The ones in this etching, e.g. in pure argon sputtering, resulting unwanted Material deposits on the etching mask However, according to the invention subsequently largely residue-free and just by the liquid jet away. The use of reactive gases during etching, the lead to faceted flanks and thereby the lateral extent of the structures etched from the layer increase, is not necessary.

Bevorzugt wird eine die zu strukturierende Schicht chemisch weitestgehend nicht angreifende Flüssigkeit verwendet. Dadurch kommt es während der Reinigung durch den Flüssigkeitstrahl nicht zu einem Abtrag der strukturierten Schicht. Diese bleibt vielmehr maßhaltig. Unterstützend kann in der Flüssigkeit eine die Ätzmaske bzw. die Ätzmaskenreste angreifende Substanz enthalten sein. Dadurch wird neben der zunächst rein physikalischen Reinigungskomponente eine chemische Komponente hinzugefügt, die jedoch ausschließlich zu einem Abtrag der Ätzmaske bzw. der Ätzmaskenreste führt. Günstig ist beispielsweise die Verwendung von N-Methylpyrrolidon.Prefers becomes a layer to be structured chemically as far as possible non-invasive liquid used. This happens during the Cleaning by the liquid jet not to a removal of the structured layer. This remains rather dimensionally stable. supportive can in the liquid a the etching mask or the Ätmasmaskenreste attacking Be contained substance. This will in addition to the first pure physical cleaning component added a chemical component that however exclusively to a removal of the etching mask or the Ätmasmaskenreste leads. Cheap is, for example, the use of N-methylpyrrolidone.

Optional kann vor dem Entfernen der Ätzrückstände und Materialablagerungen die Ätzmaske zumindest teilweise entfernt werden. Dadurch verlieren die Ätzrückstände bis zu einem gewissen Grad ihre mechanische Unterstützung durch die Ätzmaske und können daher leichter durch den Flüssigkeitsstrahl entfernt werden. Die Ätzmaske kann beispielsweise durch ein Veraschen des Ätzmaskenmaterials oder durch naßchemischen Abtrag entfernt werden. Günstig ist weiterhin eine abschließende Reinigung der geätzten Schicht, um noch anhaftende Rückstände zu entfernen. Die abschließende Reinigung erfolgt bevorzugt unter Einwirkung von Ultraschall oder Megaschall.optional can before removing the etching residues and Material deposits the etching mask at least partially removed. As a result, the etching residues lose up to some extent their mechanical support through the etching mask and can therefore easier through the liquid jet be removed. The etching mask For example, by ashing the Ätzmaskenmaterials or by wet chemical Removal be removed. Cheap is still a final one Cleaning the etched Layer to remove any remaining residues. The final one Cleaning is preferably carried out under the action of ultrasound or Megasonic.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Metallschichten, Metalloxidschichten oder Schichtenstapel, die zumindest aus einer Metallschicht und einer metalloxidhaltigen Schicht bestehen, mit sehr steilen Profilflanken strukturiert werden.With the method according to the invention can Metal layers, metal oxide layers or layer stacks, at least consist of a metal layer and a metal oxide-containing layer, be structured with very steep profile flanks.

Dieses Verfahren wird bei der Strukturierung von Metallschichten aus insbesondere Platin, Ruthenium, Iridium, Rhenium, Palladium, Eisen, Kobalt, Nickel, Schichten aus Iridiumoxid und Rutheniumoxid sowie von amorphen bzw, po lykristallinen metalloxidhaltigen Schichten, die zur Herstellung von Halbleiterspeichern verwendet werden, benutzt.This Method is in particular in the structuring of metal layers Platinum, ruthenium, iridium, rhenium, palladium, iron, cobalt, nickel, Layers of iridium oxide and ruthenium oxide and of amorphous or polycrystalline metal oxide-containing layers used for the production used by semiconductor memories.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und schematisch in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigen:in the The following describes the invention with reference to an embodiment and shown schematically in a drawing. Show it:

1a bis 1e einzelne Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1a to 1e individual process steps of the process according to the invention,

2 und 3 auf einem Schichtenstapel verbliebene Ätzrückstände, und 2 and 3 Etching residues remaining on a stack of layers, and

4 und 5 eine Vorrichtung. 4 and 5 a device.

In 1 ist ein Grundsubstrat 5 dargestellt, auf dessen Oberseite eine Schichtstruktur aus einer Oxid- oder Nitridschicht 10, einer Barrierenschicht 15 und einer Platinschicht 20 angeordnet sind. Die Platinschicht 20 und die Barrierenschicht 15 stellen hier zusammen die zu strukturierende Schicht dar. Die Barrierenschicht 15 besteht ihrerseits aus einer etwa 100 nm dicken Titannitridschicht und einer darunter befindlichen etwa 20 nm dicken Titanschicht. Die Platinschicht 20 ist etwa 250 nm dick. Auf die Platinschicht wird nachfolgend eine Ätzmaske 25 aufgebracht. Die Ätzmaske 25 kann aus einem fotolithografisch strukturierbaren Material, beispielsweise Photolack, bestehen und dadurch leicht strukturiert werden. Sofern ein lichtunempfindliches Maskenmaterial verwendet wird, erfolgt das Strukturieren der Ätzmaske 25 unter Verwendung einer weiteren fotolithografisch strukturierbaren Schicht.In 1 is a basic substrate 5 represented on its upper side a layer structure of an oxide or nitride layer 10 , a barrier layer 15 and a platinum layer 20 are arranged. The platinum layer 20 and the barrier layer 15 Together here represent the layer to be structured. The barrier layer 15 in turn consists of a titanium nitride layer about 100 nm thick and a titanium layer about 20 nm thick underneath. The platinum layer 20 is about 250 nm thick. An etch mask is subsequently applied to the platinum layer 25 applied. The etching mask 25 may consist of a photolithographically structurable material, such as photoresist, and thereby be easily structured. If a light-insensitive mask material is used, the patterning of the etching mask takes place 25 using another photolithographically structurable layer.

Anschließend werden die Platinschicht 20 und die Barrierenschicht 15 geätzt. Dies erfolgt bevorzugt in einem MERIE-Reaktor (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), wobei die Prozeßkammer zuvor auf einen Druck. von etwa1,33·10–2 evaku iert wurde. Danach wird die Platinschicht 20 in reinem Argonplasma etwa 3 Minuten lang bei etwa 50°C geätzt, wobei das verwendete Magnetfeld etwa 0,008 T (80 Gauss) aufweist und die zur Aufrechterhaltung des Plasmas nötige Leistung etwa 750 Watt beträgt. Der Argonätzprozeß ist ein nahezu rein physikalischer Ätzvorgang, da das Platin nur durch die beschleunigten Argonionen abgetragen wird. Da die Barrierenschicht 15 im Gegensatz zur Platinschicht 20 unterschiedlich stark durch Argon geätzt wird, dient die Barrierenschicht 15 hier gleichzeitig als Ätzstoppschicht, so daß ein eventuell auftretendes räumlich inhomogenes Ätzen der Platinschicht 20 nicht zu einer ungleichmäßigen Ätztopologie führt.Subsequently, the platinum layer 20 and the barrier layer 15 etched. This is preferably done in a MERIE reactor (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), wherein the process chamber previously to a pressure. was evacuated from about 1.33 x 10 -2 . Thereafter, the platinum layer 20 etched in pure argon plasma for about 3 minutes at about 50 ° C, with the magnetic field used being about 0.008 T (80 Gauss) and the power required to maintain the plasma about 750 watts. The argon etch process is a nearly pure physical etch because the platinum is removed only by the accelerated argon ions. Since the barrier layer 15 in contrast to the platinum layer 20 is etched by argon, the barrier layer serves 15 here simultaneously as an etch stop layer, so that a possibly occurring spatially inhomogeneous etching of the platinum layer 20 does not lead to an uneven etching topology.

Nach dem Ätzen der Platinschicht 20 wird die Barrierenschicht 15 in einem reinen Chlorplasma für etwa 30 sec geätzt. Da ein Ätzangriff des Chlors auf der Seitenwand des strukturierten Platins nur unwesentlich erfolgt, und da die Oberseite der Platinschicht 20 weiterhin durch die Maske 25 geschützt ist, wird die Platinschicht 20 während der Barrierenätzung nicht weiter abgetragen.After etching the platinum layer 20 becomes the barrier layer 15 etched in a pure chlorine plasma for about 30 sec. Since an etching attack of the chlorine on the side wall of the structured platinum takes place only insignificantly, and there the top of the platinum layer 20 continue through the mask 25 is protected, the platinum layer 20 not further removed during the barrier etch.

Insbesondere beim Ätzen der Platinschicht 20 bilden sich Materialablagerungen 30 (redepositions) an den Seitenwänden der Ätzmaske 25 aus. Diese bestehen überwiegend aus umverteilten Platin. Durch das Ätzen kann es weiterhin auch zu einem teilweisen Abtragen der Ätzmaske 25 kommen, was sich in leicht geneigten Flanken der Ätzmaske 25 bemerkbar macht. Grundsätzlich werden jedoch mittels Argonsputtern äußerst steile Flanken (80°–90°) 32 geätzt. Materialablagerungen entstehen darüber hinaus auch auf der Oberseite der Ätzmaske 25. Diese werden jedoch durch die Argonionen immer wieder abgetragen, so daß dort eine sich ständig erneuernde Schicht bildet, die äußerst dünn ist. Diese dünne Schicht ist in den Figuren nicht dargestellt.In particular, during the etching of the platinum layer 20 form material deposits 30 (redepositions) on the sidewalls of the etching mask 25 out. These consist mainly of redistributed platinum. By etching, it can also continue to a partial removal of the etching mask 25 come, resulting in slightly inclined flanks of the etching mask 25 makes noticeable. Basically, however, using Argon sputtering extremely steep flanks (80 ° -90 °) 32 etched. Material deposits also arise on the top of the etching mask 25 , However, these are removed again and again by the argon ions, so that there forms a constantly renewing layer, which is extremely thin. This thin layer is not shown in the figures.

Zum Entfernen der Materialablagerungen 30 und der Ätzmaske 25 werden anschließend mehrere Reinigungsschritte durchgeführt. Zunächst wird die Ätzmaske 25 durch Einwirkung eines Sauerstoffplasmas verbrannt, wodurch auf der Platinschicht 20 nur noch die Materialablagerungen 30 in Form von steilen Wänden verbleiben, die nach Entfernen der Ätzmaske 25 aufgrund der nun fehlenden mechanischen Unterstützung zueinander gebogen sein können. Es ist möglich, daß bei dem Veraschen die Ätzmaske 25 bis auf einige Rückstände 35 von der Platinschicht 20 entfernt wird. Diese Rückstände 35 können durch eine naßchemische Reinigung in einer karoschen Säure (H2O2 + H2SO9) oder durch ein Hydroxylamin, Katechol und Ethylendiamin enthaltendes Reinigungsmedium entfernt werden. Alternativ kann auch die gesamte Maske 25 naßchemisch entfernt werden.For removing the material deposits 30 and the etching mask 25 Subsequently, several cleaning steps are performed. First, the etching mask 25 burned by the action of an oxygen plasma, resulting in the platinum layer 20 only the material deposits 30 remain in the form of steep walls after removal of the etching mask 25 due to the lack of mechanical support can be bent to each other. It is possible that the ash mask the etch mask 25 except for some residues 35 from the platinum layer 20 Will get removed. These residues 35 can be removed by a wet chemical cleaning in a carious acid (H 2 O 2 + H 2 SO 9 ) or by a cleaning medium containing hydroxylamine, catechol and ethylenediamine. Alternatively, the entire mask can also be used 25 be removed wet-chemically.

Eventuell verbliebene Ätzmaskenrückstände 35 und die Materialablagerungen 30 werden nachfolgend durch einen Flüssigkeitsstrahl 45 weitestgehend rückstandsfrei von der Platinschicht 20 entfernt. Der Flüssigkeitsstrahl 45 wird mittels einer Düse 40 geformt, durch die die Flüssigkeit mit hohem Druck strömt. Günstig ist ein Druck, der materialabhängig zwischen 20 und 150 bar gewählt wird. Bei Platin haben sich etwa 80 bar bewährt.Any remaining etching mask residues 35 and the material deposits 30 are subsequently through a liquid jet 45 largely residue-free from the platinum layer 20 away. The liquid jet 45 is by means of a nozzle 40 formed, through which the liquid flows at high pressure. Conveniently, a pressure is selected depending on the material between 20 and 150 bar. Platinum has proven to be about 80 bar.

Die verwendete Flüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls 45 ist bevorzugt eine N-Methylpyrrolidon-Lösung (NMP), die eine Temperatur von etwa 80°C aufweist. Bei dieser Temperatur lösen sich besonders gut eventuell verbliebene Ätzmaskenreste von der Platinschicht 20 ab. Zur Temperierung des Flüssigkeitsstrahls 45 ist die Düse 40 mit einer Heizvorrichtung 50 versehen.The liquid used for the liquid jet 45 Preferably, an N-methylpyrrolidone solution (NMP), which has a temperature of about 80 ° C. At this temperature, possibly remaining etching mask residues dissolve from the platinum layer 20 from. For temperature control of the liquid keitsstrahls 45 is the nozzle 40 with a heater 50 Mistake.

Um alle Bereiche des Grundsubstrats 5, das üblicherweise ein Wafer ist, mit dem Flüssigkeitsstrahl 45 zu überstreichen, wird das Grundsubstrat 5 mit etwa 200 Hz rotiert. Gleichzei tig wird der Flüssigkeitstrahl 45 vom Innenbereich zum Außenbereich des Grundsubstrats 5 bewegt. Günstig ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls 45 zum Außenbereich des Grundsubstrats 5 hin zu verringern, um der vom Flüssigkeitsstrahl 45 pro Umdrehung zu überstreichenden Fläche des Grundsubstrats 5 Rechnung zu tragen. Typischerweise dauert ein Reinigungsvorgang etwa 4 min.To all areas of the basic substrate 5 , which is usually a wafer, with the liquid jet 45 to paint, becomes the basic substrate 5 rotated at about 200 Hz. Simultaneously, the liquid jet 45 from the inner region to the outer region of the base substrate 5 emotional. Conveniently, the speed of movement of the liquid jet 45 to the outer region of the base substrate 5 towards the liquid jet 45 per revolution to sweeping surface of the base substrate 5 Take into account. Typically, a cleaning process takes about 4 minutes.

Gute Reinigungsergebnisse werden bei einem Abstand der Düse 40 vom Grundsubstrat von etwa 1 bis 3 cm und einem Abstrahlwinkel von etwa 90° zur Grundsubstratoberfläche erhalten.Quality Cleaning results are at a distance of the nozzle 40 from Base substrate of about 1 to 3 cm and a beam angle of about 90 ° to the base substrate surface obtained.

Ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die auf die Oberfläche auftreffende Flüssigkeit relativ leicht durch einen nachfolgenden Spülschritt mit deionisiertem Wasser weitestgehend rückstandsfrei vom Grundsubstrat 5 beseitigt werden kann. Daher ist dieses Verfahren auch besonders kostengünstig.A great advantage of the method according to the invention is that the liquid impinging on the surface relatively easily by a subsequent rinsing step with deionized water as far as possible residue-free from the base substrate 5 can be eliminated. Therefore, this method is also particularly inexpensive.

Abschließend kann optional eine naßchemische Reinigung und/oder eine Reinigung mit weichen Bürsten (Scrubber) zum Entfernen von eventuell verbliebenen Partikeln bzw. Resten durchgeführt werden. Dies erfolgt bevorzugt in Anwesenheit einer stark verdünnten Flußsäure (HF) oder verdünntem Ammoniak unter Einwirkung von Ultraschall bzw. Megaschall.In conclusion, can optionally a wet chemical Cleaning and / or cleaning with soft brushes (scrubber) for removal be carried out by any remaining particles or residues. This is preferably done in the presence of a highly diluted hydrofluoric acid (HF) or diluted ammonia under the influence of ultrasound or megasonic.

Die Reinigungswirkung des Flüssigkeitsstrahls beruht auf mehreren sich ergänzenden Komponenten. Die Hauptwirkung wird durch die Impulseinwirkung des Flüssigkeitsstrahles erzielt. Dabei brechen die auf der Schichtoberfläche aufgewachsenen Ätzrückstände ab und können dadurch von der die Schichtoberfläche überstreichenden Flüssigkeit, die entlang der Oberfläche einen Flüssigkeitsstrom bildet, fortgetragen werden. Durch den am Grundsubstrat bzw. an der Substratoberfläche vorbeistreichenden Flüssigkeitsstrom wird eine Reibungskraft erzeugt, die zu einem Forttragen der Ätzrückstände führt. Diese Reibungskraft hängt von der Geschwindigkeit der Flüssigkeitsmoleküle ab, so daß es aufgrund der in unmittelbarer Nähe der Schichtoberfläche ruhenden Flüssigkeitsschicht dazu kommen kann, daß die Reibungskraft zum Entfernen von fest anhaftenden und relativ kleinen Ätzrückständen nicht mehr ausreicht. Wird die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls 45 entsprechend erhöht, führt dies zu zwei die Reinigungswirkung unterstützenden Effekten. Zum einen gleiten die Flüssigkeitsmoleküle mit höherer Geschwindigkeit über die Schichtoberfläche und führen dadurch zu einer höheren Reibungskraft. Andererseits treffen die Flüssigkeitsmoleküle aus dem Flüssigkeitsstrahl 45 mit hoher Geschwindigkeit auf die Substratoberfläche, so daß die Flüssigkeitsmoleküle zumindest in diesem Bereich bis zu dem an der Oberfläche anhaftenden und weitestgehend ruhenden Flüssigkeitsfilm gelangen und dort ebenfalls eine Flüssigkeitsströmung herbeiführen. Die Dicke des ruhenden Flüssigkeitsstroms wird somit verringert, so daß bereits nach kurzer Entfernung von der Schichtoberfläche ein starker, die Ätzrückstände forttragender Flüssigkeitsstrom herrscht. Auch das Anlösen von Lackresten 35, durch das warme organische Lösungsmittel ist entscheidend.The cleaning effect of the liquid jet is based on several complementary components. The main effect is achieved by the pulse action of the liquid jet. The etching residues grown on the layer surface thereby break off and can thereby be carried away by the liquid which sweeps over the layer surface and forms a liquid flow along the surface. By virtue of the liquid flow passing past the base substrate or on the substrate surface, a frictional force is generated, which leads to a continuation of the etching residues. This frictional force depends on the velocity of the liquid molecules, so that due to the liquid layer resting in the immediate vicinity of the layer surface, it may happen that the frictional force is no longer sufficient for removing firmly adhering and relatively small etching residues. Will the flow velocity of the liquid jet 45 increased accordingly, this leads to two cleaning effects supporting effects. On the one hand, the liquid molecules slide at a higher speed over the surface of the coating and thus lead to a higher frictional force. On the other hand, the liquid molecules hit the liquid jet 45 at high speed on the substrate surface, so that the liquid molecules reach at least in this area to the adhering to the surface and largely stationary liquid film and also cause a liquid flow there. The thickness of the quiescent liquid flow is thus reduced, so that after a short distance from the surface of the layer there is a strong liquid stream carrying away the etching residues. Also the dissolution of paint residues 35 by which warm organic solvent is crucial.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zum gemeinsamen Strukturieren eines Schichtenstapels 55 verwendet werden, der z.B. aus einer Barrierenschicht 15, einer Platinschicht 20 sowie einer metalloxidhaltigen Schicht 60 besteht. Derartige Schichtenstapel 55 werden beispielsweise zur Herstellung von Halbleiterspeichern verwendet. Die metalloxidhaltige Schicht 60 besteht bevorzugt aus einem Material der allgemeinen Form ABOx oder BOx, wobei A für zumindestens ein Metall aus der Gruppe Barium, Strontium, Niob, Blei, Zirkon, Lanthan, Wismut, Kalzium und Kalium, B für Titan, Ruthenium oder Tantal und O für Sauerstoff steht. X liegt zwischen 2 und 12. Vertreter dieser Stoffklassen sind beispielsweise Strontium-Wismut-Tantalat (SrBi2TazO9) und Tantaloxid (Ta2O5).The method according to the invention can also be used to jointly pattern a layer stack 55 used, for example, from a barrier layer 15 , a platinum layer 20 and a metal oxide-containing layer 60 consists. Such layer stacks 55 are used for example for the production of semiconductor memories. The metal oxide-containing layer 60 preferably consists of a material of the general form ABO x or BO x , where A is at least one metal from the group barium, strontium, niobium, lead, zirconium, lanthanum, bismuth, calcium and potassium, B for titanium, ruthenium or tantalum and O. stands for oxygen. X is between 2 and 12. Representatives of these classes are, for example, strontium bismuth tantalate (SrBi 2 TazO 9 ) and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ).

Die beim Ätzen dieses Schichtenstapels 55 entstehenden Materialablagerungen 30 können nach dem Veraschen der Ätzmaske 25 auch zueinander leicht geneigt sein. Dies ist in 2 dargestellt. Die unter dem Schichtenstapel 55 befindliche Schicht 10, die bevorzugt aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid besteht, wirkt beim Ätzen des Schichtenstapels 55 gleichzeitig als Ätzstoppschicht.The while etching this layer stack 55 resulting material deposits 30 can after ashing of the etching mask 25 also be slightly inclined to each other. This is in 2 shown. The under the layer stack 55 located layer 10 , which preferably consists of silicon dioxide or silicon nitride, acts during the etching of the layer stack 55 simultaneously as an etch stop layer.

In 3 sind die Materialablagerungen 30 infolge des gemeinsamen Ätzens einer weiteren Platinschicht 62 und der metalloxidhaltigen Schicht 60 dargestellt.In 3 are the material deposits 30 due to the common etching of another platinum layer 62 and the metal oxide-containing layer 60 shown.

Das Strukturieren der Platinschicht 20 bzw. des Schichtenstapels 55 erfolgt bevorzugt in einer Reinigungskammer 65, die in der 5 dargestellt ist. Diese weist eine Schleuse 70 zum Einführen des Grundsubstrats 75 in die Reinigungskammer 65 auf. weiterhin ist die Reinigungskammer 65 mit einer hier nicht näher dargestellten Pumpe über einen Absaugstutzen 80 verbunden über diese Pumpe kann z.B. auch das Reinigungsmedium (Flüssigkeitsstrahl) abgesaugt und dem Reinigungsprozeß ressourcensparend wieder zugeführt werden. Das Grundsubstrat 75 liegt auf einem beheizbaren Substratträger 85, der über eine Heizung 90 beheizt wird. In der Prozeßkammer 65 sind weiterhin bewegbare Düsen 40 angeordnet, die rasterförmig bzw. radial das Grundsubstrat 75 überstreichen können.The structuring of the platinum layer 20 or the layer stack 55 preferably takes place in a cleaning chamber 65 in the 5 is shown. This has a lock 70 for introducing the base substrate 75 in the cleaning chamber 65 on. Furthermore, the cleaning chamber 65 with a pump not shown here via a suction nozzle 80 Connected via this pump, for example, the cleaning medium (liquid jet) can be sucked off and supplied to the cleaning process resource-saving again. The basic substrate 75 lies on a heatable substrate carrier 85 that has a heater 90 is heated. In the process chamber 65 are still moving nozzles 40 arranged, the grid-shaped or radially the base substrate 75 can paint over.

Die Flüssigkeit zum Entfernen der Ätzrückstände 30 wird den Düsen 40 über eine Druckleitung 100 zugeführt. Diese, wie auch das Reservoir 95 und die Düsen 40, sind von einer Heizvorrichtung 50 in Form von elektrischen Heizwendeln zum Erwärmen des Flüssigkeit umgeben.The liquid for removing the etching residues 30 gets the nozzles 40 via a pressure line 100 fed. These, as well as the reservoir 95 and the nozzles 40 , are from a heater 50 surrounded in the form of electric heating coils for heating the liquid.

Gemäß 4 ist die Reinigungskammer 65 mit der Ätzkammer 110 zu einem sogenannten Cluster tool zusammengefaßt. Das Grundsubstrat 75 wird von einer Inputstation über eine Transportstation 115, in der ein reduzierter Druck herrscht, in die Ätzkammer 110 transportiert. Nach dem Ätzen wird die Maske in einer sogenannten Strip-kammer 120 entfernt und durch eine weitere Transportstation 116, in der bevorzugt etwa atmosphärischer Druck herrscht, zur Reinigungskammer 65 überführt. Sofern auf ein Veraschen der Maske verzichtet werden kann, wird keine Stripkammer 120 benötigt und die weitere Transportstation 116 kann als Trockensystem ausgeführt werden.According to 4 is the cleaning chamber 65 with the etching chamber 110 summarized into a so-called cluster tool. The basic substrate 75 is from an input station via a transport station 115 , in which a reduced pressure prevails, in the etching chamber 110 transported. After etching, the mask is in a so-called strip chamber 120 away and through another transport station 116 in which preferably about atmospheric pressure prevails, to the cleaning chamber 65 transferred. If it is possible to dispense with ashing of the mask, no strip chamber 120 needed and the further transport station 116 can be run as a dry system.

Claims (9)

Verfahren zum Strukturieren einer Schicht mit folgenden Schritten: – ein Substrat (5) mit zumindest einer dauerhaft zu strukturierenden Schicht (15, 20, 60, 62) wird bereitgestellt; – auf diese Schicht (15, 20, 60, 62) wird direkt eine Ätzmaske (25) aus einem Lackmaterial aufgebracht; – die Schicht (15, 20, 60, 62) wird mittels eines ausschließlich physikalischen Ätzverfahrens mit hoher physikalischer Ätzkomponente unter Verwendung der Ätzmaske (25) geätzt, so daß dabei sehr steile Ätzflanken (32) in der Schicht (15, 20, 60, 62) geschaffen werden, wobei durch das Ätzen zumindest auf der Schicht (15, 20, 60, 62) und/oder auf dem Substrat (5) festhaftende und mechanisch relativ stabile Materialablagerungen (30) entstehen, die weitestgehend umverteiltes und abgetragenes Material der Schicht (15, 20, 60, 62) enthalten und die Ätzrückstände darstellen; und – die Schicht (15, 20, 60, 62) wird nachfolgend mit einem auf die Schicht (15, 20, 60, 62) gerichteten Flüssigkeitsstrahl (45) eines organischen Lösungsmittels gereinigt, durch den dabei die Ätzrückstände (30) und gegebenenfalls die Ätzmaske (25) weitestgehend von der Schicht (15, 20, 60, 62) entfernt werden, wobei – der Flüssigkeitsstrahl (45) mit einem Druck von 20 bis 150 bar durch zumindest eine Düse (40) gepreßt wird und – die zu strukturierende Schicht (15, 20, 60, 62) eine Metallschicht, eine Metalloxidschicht oder ein Schichtenstapel, der zumindest aus einer Metallschicht und einer metalloxidhaltigen Schicht besteht, ist, wobei das Metall aus der Gruppe bestehend aus Platin, Titan, Ruthenium, Tantal, Iridium, Rhenium, Palladium, Eisen, Kobalt, Nickel, Barium, Strontium, Niob, Blei, Zirkon, Lanthan, Wismut, Kalzium oder Kalium ausgewählt wird.Method for structuring a layer, comprising the following steps: a substrate ( 5 ) with at least one permanently structured layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ) will be provided; - on this layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ) is directly an etching mask ( 25 ) applied from a paint material; - the layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ) is determined by means of an exclusively physical etching process with a high physical etching component using the etching mask ( 25 ) etched, so that very steep Ätzflanken ( 32 ) in the layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ), wherein at least on the layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ) and / or on the substrate ( 5 ) adherent and mechanically relatively stable material deposits ( 30 ), the largely redistributed and abraded material of the layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ) and represent the etching residues; and - the layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ) is subsequently with a on the layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ) directed liquid jet ( 45 ) of an organic solvent, by which the etching residues ( 30 ) and optionally the etching mask ( 25 ) as far as possible from the layer ( 15 . 20 . 60 . 62 ), wherein - the liquid jet ( 45 ) with a pressure of 20 to 150 bar through at least one nozzle ( 40 ) and - the layer to be structured ( 15 . 20 . 60 . 62 ) is a metal layer, a metal oxide layer or a layer stack consisting of at least a metal layer and a metal oxide-containing layer, wherein the metal is selected from the group consisting of platinum, titanium, ruthenium, tantalum, iridium, rhenium, palladium, iron, cobalt, nickel , Barium, strontium, niobium, lead, zirconium, lanthanum, bismuth, calcium or potassium. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen der physikalischen Ätzkomponente Argonionen verwendet werden.Method according to claim 1, characterized in that that to Achieving the physical etching component Argon ions are used. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl (45) eine die Ätzmaske (25) angreifende oder lösende Substanz enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the liquid jet ( 45 ) an the etching mask ( 25 ) contains attacking or dissolving substance. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Substanz N-Methylpyrrolidon ist.Method according to claim 3, characterized that the Substance is N-methylpyrrolidone. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterstützend zum Entfernen der Ätzrückstände (30) durch den Flüssigkeitsstrahl (45) die Ätzmaske (25) zuvor zumindest teilweise entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in order to remove the etching residues ( 30 ) through the liquid jet ( 45 ) the etching mask ( 25 ) is at least partially removed beforehand. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzmaske (25) zumindest teilweise durch ein Veraschen des Ätzmaskenmaterials oder durch einen naßchemischen Abtrag entfernt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the etching mask ( 25 ) is at least partially removed by ashing the Ätzmaskenmaterials or by a wet chemical removal. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen der Ätzrückstände (30) eine abschließende Reinigung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that after removal of the etching residues ( 30 ) a final cleaning is performed. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die abschließende Reinigung unter Einwirkung von Ultraschall oder Megaschall erfolgt.Method according to claim 7, characterized in that that the final Cleaning under the action of ultrasound or megasonic occurs. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (5) eine Ätzstoppschicht (10, 15) aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 5 ) an etch stop layer ( 10 . 15 ) having.
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