DE4338778C2 - Mehrschicht-Resistverfahren zum Herstellen eines MLR-Musters - Google Patents

Mehrschicht-Resistverfahren zum Herstellen eines MLR-Musters

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Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrschicht-Resistverfahren zum Herstellen eines Resistmusters, insbesondere zum Herstellen eines MLR-(Multi-Level-Resist)- Musters unter Verwendung eines anorganischen Materials.
Die Fig. 3A bis 3D zeigen einen herkömmlichen Prozeß zum Ausbilden eines MLR-Musters für den Fall, daß keine Stufe vorhanden ist.
Wie in Fig. 3A dargestellt, werden zunächst ein unterer Resistfilm 13, eine Zwi­ schenschicht 15 und ein oberer Resistfilm 17 vom Positivtyp in der genannten Reihenfolge auf ein Halbleitersubstrat 11 aufgetragen. Der untere Resistfilm 13 und der obere Resistfilm 17 sind organische Resistmateria­ lien, und die Zwischenschicht 15 ist aus einem aus Glas auf­ geschleuderten Film (SOG film = spin on glass film) oder einem PE-Oxidfilm gebildet, die als Isolierfilm wirken.
Wie in Fig. 3B dargestellt, wird der obere Resistfilm 17 un­ ter Verwendung einer Mustermaske 19 durch eine Lichtquelle 21 belichtet. Da der belichtete Bereich des oberen Resist­ films 17 vom Positivtyp bei einem Entwicklungsprozeß entfernt wird, wird ein Muster des oberen Resistfilms 17 vom Positiv­ typ ausgebildet. Anschließend werden die Zwischenschicht 15 und der untere Resistfilm 19 so geätzt, daß ein MLR-Muster 23 hergestellt wird, wobei das Muster des oberen Resistfilms 17 als Ätzmaske verwendet wird. Das MLR-Muster 23 wird als Ätzmaske beim Ätzen eines Polysiliziumfilms, eines Metall­ films und eines Oxidfilms verwendet, die untere Schichten sind.
Gemäß herkömmlichen Verfahren zum Ausbilden eines MLR- Musters unter Verwendung eines organischen Resistmaterials wird ein Polymer 25 an den Seitenwänden des MLR-Musters 23 durch Reaktion mit Cl- beim Ätzen des oberen Resistfilms 17 aus organischem Material gebildet. Da das MLR-Muster 23 ab­ hängig von der Konzentration und einem dadurch gebildeten Mikroladungseffekt mit einer unregelmäßigen Linienbreite versehen wird, besteht der Nachteil, daß es schwierig ist, kritische Abmessungen einzustellen.
Die Fig. 4A bis 4D zeigen einen herkömmlichen Prozeß zum Ausbilden eines MLR-Musters unter Verwendung eines organi­ schen Resistmaterials für den Fall, daß Stufen vorhanden sind.
Fig. 4A zeigt ein Halbleiter-Bauelement wie eine dreidimen­ sionale Kondensatorzelle mit einer Oberfläche mit ebenen Bereichen P und vertieften Bereichen R an der Oberfläche. Wie dargestellt, treten Stufen zwischen den ebenen Bereichen P und den vertieften Bereichen R an der Oberfläche auf.
Zunächst wird ein MLR-Einebnungsprozeß für die vorste­ hend genannten Stufen ausgeführt. D. h., daß ein unterer Resistfilm 35 aus einem anorganischen Material dick auf die gesamte Oberfläche des Substrats aufgetragen wird. Ein Iso­ lierfilm wie ein SOG-Film oder ein PE-Oxidfilm wird als Zwischenschicht 37 auf dem unteren Resistfilm 35 ausgebil­ det, und dann wird ein oberer Resistfilm 39 aus organischem Material auf der Zwischenschicht 37 abgeschieden. Dabei ist der obere Resistfilm 39 vom Positivtyp.
Obwohl der MLR-Einebnungsprozeß ausgeführt wird, wird wegen den Stufen an der Oberfläche des Halbleiter-Bauelements die Oberfläche nicht vollständig eingeebnet.
Gemäß Fig. 4B wird der MLR-Einebnungsprozeß ausgeführt, und dann wird ein Kontaktloch unter Verwendung einer Mustermaske 41 festgelegt. Beim Ausführen eines Belichtungsschritts un­ ter Verwendung einer Lichtquelle 43 zum Festlegen des Kon­ taktlochs unterscheidet sich der Oberflächenbereich des oberen Resistfilms 39, der von der Lichtquelle 43 belichtet wird, im flachen Bereich P von dem im vertieften Bereich, die in Zusammenhang mit den Stufen an der Oberfläche vorhan­ den sind.
Gemäß Fig. 4C wird ein Prozeß, der derselbe wie der MLR- Musterungsprozeß von Fig. 3 ist, ausgeführt, um ein MLR- Muster 45 auszubilden. Wenn Stufen vorhanden sind, ist es jedoch schwierig, genau ein MLR-Muster mit gewünschter Breite zu erhalten, da sich die Oberfläche des oberen Re­ sistfilms 39, die im ebenen Bereich P belichtet wird, von derjenigen im vertieften Bereich R unterscheidet, wie dies in Fig. 4D dargestellt ist. Wie durch Fig. 4E veranschau­ licht, ist es daher unmöglich, ein Kontaktloch 47 mit ge­ wünschter Größe zu erhalten, das dadurch hergestellt wird, daß das Halbleiter-Bauelement, das die Schicht unter dem MLR-Muster 45 ist, unter Verwendung dieses Musters geätzt wird. Fig. 4D zeigt die Draufsicht auf das Kontaktloch 47, aus welcher erkennbar ist, daß die Größe des Kon­ taktlochs im vertieften Bereich R sich von der im ebenen Bereich P unterscheidet.
Beim herkömmlichen Verfahren zum Ausbilden eines MLR-Musters unter Verwendung eines organischen Resistmaterials besteht daher der Nachteil, daß die Oberfläche selbst nach dem Vor­ nehmen eines Einebnungsprozesses nicht ganz eingeebnet ist, wenn die Stufen in einem Halbleiter-Bauelement stärker als ungefähr 1,5 µm sind.
Wie in Fig. 4B dargestellt, ist es unmöglich, ein gewünsch­ tes Muster genau auszubilden, da sich Stufen im Halbleiter­ bauelement, das die unterste Schicht darstellt, bis zur obersten Schicht erhalten bleiben. Da der organische Resist­ film selbst dann, wenn Stufen vorhanden sind, unverändert verwendet wird, wird das Polymer an den Seitenebenen des MLR-Musters ausgebildet, wie in Fig. 3 gezeigt, was dazu führt, daß das Kontaktloch verformt ist.
Zur Herstellung einer Ätzmaske ist aus der EP 0 350 873 A2 ein Dreischicht- Resistverfahren bekannt, bei dem ein dicker Harzfilm zunächst auf einen Halb­ leitersubstrat aufgebracht und dann mit einer SOG-Zwischenschicht beschichtet wird. Auf diese wird dann eine obere Resistschicht aufgetragen, die entspechend einem gewünschten Muster belichtet und entwickelt wird, um ein Resistmuster zu erhalten, das als Maske beim Ätzen der SOG-Zwischenschicht dient. Das da­ bei erhaltene SOG-Muster dient wiederum als Maske bei einem reaktiven Ionen- Ätzen der unteren Harzschicht. Nach dem Entfernen des SOG-Musters bildet dann das verbleibende Harzmuster die Ätzmaske für das darunter befindliche Halbleitersubstrat.
Dieses bekannte Verfahren entspricht im wesentlichen dem anhand der Fig. 3A bis 4E erläuterten Verfahren.
Bei einem bekannten Zweischicht-Resistverfahren (Microlithograhpy, D. J. El­ liott, McGraw-Hill, New York, 1986, S. 229-258) zur Herstellung einer Ätz­ maske wird zunächst eine Resistschicht aus organischem Material zum Einebnen der Halbleiteroberfläche mit relativ großer Dicke aufgebracht. Anschließend wird eine Schicht aus einem anorganischen Resist aufgedampft oder aufgesput­ tert. Die die obere Resistsschicht wird dann belichtet und entwicklet. Zur Aus­ bildung der Ätzmaske für das Halbleitersubstrat wird danach die untere organi­ schen Schicht geätzt, wobei die gemusterte obere Resistschicht als Maske dient.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Mehr­ schicht-Resistverfahren zur Herstellung eines Resistmusters bereitzustellen, mit dem sich insbesondere ein Resistmuster mit hoher Genauigkeit ausbilden läßt.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird auf der Zwischenschicht ein erster und ein zweiter obe­ rer Resistfilm gebildet, die aus unterschiedlichen anorganischen Materialien be­ stehen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1A bis 1F sind Querschnitte, die ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines MLR-Musters unter Verwendung eines anorganischen Resistmaterials veranschaulichen.
Fig. 1G und 1H sind Querschnitte, die einen Prozeß zum Aus­ bilden eines Kontaktlochs unter Verwendung des MLR-Musters von Fig. 1F veranschaulichen.
Fig. 2A und 2B sind Diagramme zum Erläutern des Belichtungs­ prinzips beim Ausbilden des MLR-Musters von Fig. 1.
Fig. 3A bis 3D sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Prozesses zum Ausbilden eines MLR-Musters un­ ter Verwendung eines organischen Resistmaterials für den Fall, daß keine Stufen vorhanden sind.
Fig. 4A bis 4C sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen eines MLR-Musters unter Verwendung eines organischen Resistmaterials für den Fall, daß Stufen vorhanden sind.
Fig. 4D und 4E sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines herkömmlichen Verfahrens zum Ausbilden eines Kontaktlochs unter Verwendung des MLR-Musters von Fig. 4C.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun ein Verfahren zum Aus­ bilden eines MLR-Musters unter Verwendung eines anorgani­ schen Resistmaterials gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 1A dargestellt, wird zunächst ein Halbleiter- Bauelement 63 auf einem Halbleitersubstrat 61 ausgebildet. Dabei ist angenommen, daß das Halbleitersubstrat 61 Stufen aufweist, wie sie bei einer dreidimensionalen Kondensator­ zelle auftreten. Die Oberfläche des Halbleiter-Bauelements verfügt über vertiefte Bereiche R und ebene Bereiche P.
Wie in Fig. 1B dargestellt, wird ein unterer Resistfilm 65 auf dem Halbleitersubstrat 61, auf dem das Halbleiter-Bau­ element 63 ausgebildet ist, mit einer Dicke ausgebildet, die mehr als 30% höher als die Höhe der Stufen des Halbleiter- Bauelements 63 ist, um zunächst die Oberfläche einzuebnen. Ein anorganischer Resistfilm wie ein solcher aus GexSe1-x oder ein organischer Resistfilm können als Material für den unteren Resistfilm 65 verwendet werden. Ein isolierender Film wie ein PE-Oxidfilm oder ein SOG-Film wird als Zwi­ schenschicht 67 auf dem unteren Resistfilm 65 ausgebildet. Dann wird ein oberer Resistfilm 69 vom Positivtyp herge­ stellt, um die Oberfläche nochmals einzuebnen. Daher ist die Oberfläche völlig eingeebnet.
Der obere Resistfilm 69 weist eine zweistufige Struktur auf und besteht aus einem ersten oberen Resistfilm 70 aus einem anorganischen Material wie GexSe1-x und einem zweiten oberen Resistfilm 71 aus einem anorganischen Material wie Ag2S/­ Ag2S3 oder Ag2Se3, Ag2Te/As-Te usw. neben anorganischen Resistfilmen wie Ag2Se/GexSe1-x.
Der erste obere Resistfilm 70 aus einem anorganischen Mate­ rial wird mit einer Dicke von 200-300 nm durch ein Hoch­ frequenz-Sputterverfahren hergestellt, und der zweite obere Resistfilm 71 aus einem anorganischen Material wird mit einer Dicke unter 50 nm abgeschieden.
Wie in Fig. 1C dargestellt, tritt dann, wenn ein Belich­ tungsprozeß mit einer Lichtquelle 75 unter Verwendung einer Mustermaske vorgenommen wird, nachdem die vorstehend genann­ ten Einebnungsprozesse ausgeführt wurden, ein Photodotie­ rungsphänomen in demjenigen Bereich des oberen Resistfilms 69 auf, der von der Lichtquelle 75 belichtet wird. Danach wird der belichtete Bereich 76 des zweiten oberen Resist­ films 71 aus anorganischem Material durch eine alkalische Lösung geätzt, wie durch Fig. 1D veranschaulicht, und, der belichtete Bereich des ersten oberen Resistfilms 70 aus an­ organischem Material wird unter Verwendung des unbelichtet gebliebenen Bereichs des zweiten oberen Resistfilms aus an­ oranischem Material als Ätzmaske geätzt, was es ermöglicht, daß ein Muster des oberen Resistfilms 69 erhalten wird, wie es in Fig. 1E dargestellt ist.
In Fig. 1C bezeichnet eine Bezugsziffer 76 den belichteten Bereich 76 des oberen Resistfilms 69 in Draufsicht. Da die Oberfläche des oberen Resistfilms 69 vollständig eingeebnet wurde, weist der belichtete Bereich, 76 dieselbe Abmessung wie die Mustermaske 73 auf, wenn der obere Resistfilm 69 durch die Lichtquelle 75 belichtet wird.
Wie in Fig. 1F dargestellt, werden die Zwischenschicht 67 und der untere Resistfilm 65 unter Verwendung des Musters des oberen Resistfilms 69 als Ätzmaske geätzt, um ein MLR- Muster 77 zu erhalten. Anschließend werden alle unbelichte­ ten Bereich des oberen Resistfilms 69 entfernt. Vom oberen Resistfilm 69 wird der unbelichtete Bereich des zwei­ ten oberen Resistfilms 71 aus anorganischem Material durch eine Gemischlösung von HNO3-HCl-H2O beseitigt, und der unbe­ lichtete Bereich des ersten oberen Resistfilms 70 aus anor­ ganischem Material wird durch ein Gas wie CF4, CHF3 und SF6 oder eine alkalische Lösung entfernt.
Wenn ein MLR-Muster unter Verwendung eines oberen Resist­ films vom Negativtyp hergestellt wird, wird andererseits der unbelichtete Bereich des zweiten oberen Resistfilms 71 aus anorganischem Material durch eine Gemischlösung aus HNO3-HCl-H2O entfernt, und der unbelichtete Bereich des er­ sten oberen Resistfilms 70 aus anorganischem Material wird unter Verwendung des unbelichteten Bereichs des zweiten obe­ ren Resistfilms 71 aus dem zweiten anorganischen Material als Ätzmaske geätzt, was bewirkt, daß ein Muster des oberen Resistfilms 69 ausgebildet wird.
Die Zwischenschicht 67 und der untere Resistfilm 65 werden unter Verwendung des Musters des oberen Resistfilms 69 als Ätzmaske geätzt, um ein MLR-Muster 77 auszubilden.
Derjenige Bereich des oberen Resistfilms 69, der nach Aus­ bildung des MLR-Musters 77 verbleibt, d. h. der belichtete Bereich 76 des zweiten oberen Resistfilms 71 aus anorgani­ schem Material wird unter Verwendung einer alkalischen Lö­ sung oder eines Gases wie CF4, CHF3 und SF6 entfernt.
Fig. 1H ist ein Querschnitt, der ein Verfahren zum Ausbilden eines Kontaktlochs 79 unter Verwendung der MLR-Maske 77 ver­ anschaulicht, die durch den obigen Prozeß erhalten wurde. D. h., daß das als untere Schicht wirkende Halbleiter-Bau­ element 63 unter Verwendung der MLR-Maske 77 geätzt wird, um ein Kontaktloch 69 auszubilden. Fig. 1G zeigt das Kontakt­ loch in Draufsicht.
Aus Fig. 1G ist erkennbar, daß Kontaktlöcher 79 erhalten werden, die in den vertieften Bereichen R und in den ebenen Bereichen P des Halbleiter-Bauelements 63 alle die erforder­ liche Größe aufweisen.
Fig. 2 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Photodotierungs­ phänomens, wie es im oberen Resistfilm 69 beim Ausführen des Belichtungsprozesses auftritt.
Wie in Fig. 2A dargestellt, tritt dann, wenn der obere Re­ sistfilm 69 unter Verwendung der Mustermaske 73 als Belich­ tungsmaske durch eine Lichtquelle 75 belichtet wird, ein Photodotierungsphänomen in dem durch die Lichtquelle 75 be­ lichteten Bereich 76 des oberen Resistfilms 69 auf. Dabei wandert Ag innerhalb des oberen Resistfilms 69 vom zweiten oberen Resistfilm 71 aus anorganischem Material (z. B. Ag2Se) in den ersten oberen Resistfilm 70 aus anorganischem Material (z. B. GexSe1-x), was bewirkt, daß Ag+-Ionen Elek­ tronen des GexSe1-x einfangen. D. h., daß die folgenden Reaktionen im oberen Resistfilm 69 auftreten, der Licht von der Lichtquelle 75 empfängt:
hν → e- + h+
2h+ + Ag2Se → 2Ag+ + Se (1)
Mit der Erfindung können die folgenden Wirkungen erzielt werden. Da das herkömmliche Verfahren unter Verwendung eines organischen Resistfilms die Oberfläche nicht vollständig einebnen kann, wenn Stufen über 1,5 µm vorhanden sind, ist es unmöglich, ein MLR-Muster genau zu erhalten. Dagegen kann mit der Erfindung die Oberfläche unter Verwendung eines an­ organischen Resistfilms vollständig eingeebnet werden, so daß ein genaues MLR-Muster erhalten werden kann. Daher ist es möglich, ein Kontaktloch mit gewünschter Größe selbst dann zu erhalten, wenn das Kontaktloch unter Verwendung eines MLR-Musters hergestellt wird. Da es auch möglich ist, die Schwierigkeit zu überwinden, die dadurch entsteht, daß sich ein Polymer beim Ätzen eines MLR-Musters aus einem or­ ganischen Material bildet, wird die Vorspannung in der Grenzflächenebene stabilisiert, und der Mikroaufladeeffekt verringert sich, was ein weiteres Verbessern der Auflösung ermöglicht.

Claims (16)

1. Mehrschicht-Resistverfahren zum Herstellen eines MLR-Musters mit den folgenden Schritten:
  • - Ausbilden eines unteren Resistfilms (65), einer Zwischenschicht (67) und eines oberen Resistfilms (69) in dieser Reihenfolge auf einem Halblei­ tersubstrat (61), in dem ein Halbleiter-Bauelement (63) mit Stufen ausge­ bildet ist,
  • - wobei der obere Resistfilm (69) auf der Zwischenschicht (67) aus ei­ nem ersten oberen Resistfilm (70) aus einem anorganischen Material und einem darauf ausgebildeten zweiten oberen Resistfilm (71) aus einem an­ deren anorganischen Material besteht,
  • - Belichten des zweiten oberen Resistfilms (71) unter Verwendung ei­ ner Mustermaske;
  • - Ätzen des zweiten oberen Resistfilms (71) zur Ausbildung einer Ätz­ maske;
  • - Ätzen des ersten oberen Resistfilms (70) unter Verwendung der ver­ bliebenen Bereiche des zweiten oberen Resistfilms (71) als Ätzmaske, um ein Muster des oberen Resistfilms (69) auszubilden;
  • - Ätzen der Zwischenschicht (67) und des unteren Resistfilms (65) in dieser Reihenfolge unter Verwendung des Musters des oberen Resistfilms (69) als Ätzmaske, um ein MLR-Muster auszubilden; und
  • - Entfernen der verbliebenen Teile des oberen Resistfilms (69).
2. Mehrschicht-Resistverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der untere Resistfilm (65) mit einer Dicke ausgebildet wird, die mehr als 30% höher als die Höhe der Stufen des Halbleiter-Bauele­ ments (63) ist.
3. Mehrschicht-Resistverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70) eine zum weiteren Ein­ ebnen der Oberfläche geeignete Dicke aufweist, während die Dicke des zweiten oberen Resistfilms (71) weniger als etwa 1/4 bis 1/6 der Dicke des ersten oberen Resistfilms (70) beträgt.
4. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70) mit ei­ ner Dicke von 200 nm-300 nm durch ein HF-Sputterverfahren hergestellt wird.
5. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite obere Resistfilm (71) mit ei­ ner Dicke unter 50 nm durch ein HF-Sputterverfahren hergestellt wird.
6. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Resistfilm (65) aus einem organischen Resistmaterial hergestellt wird.
7. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der untere Resistfilm (65) aus einem anorga­ nischen Resistmaterial hergestellt wird.
8. Mehrschicht-Resistverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der untere Resistfilm (65) aus GexSe1-x hergestellt wird.
9. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70) aus GexSe1-x hergestellt wird.
10. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der zweite obere Resistfilm (72) aus Ag2Se, Ag2S/As2S3 oder As2Se3 Ag2Te/As-Te hergestellt wird.
11. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Resistfilm (69) vom Positiv­ typ ist.
12. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Resistfilm (69) vom Negativtyp ist.
13. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der belichtete Bereich des zweiten oberen Resistfilms (71) durch eine alkalische Lösung geätzt wird.
14. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der unbelichtete Bereich des zweiten oberen Resistfilms (71) durch eine Gemischlösung aus HNO3/HCl/H2O geätzt wird.
15. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70) des Musters des oberen Resistfilms (69) durch eine alkalische Lösung entfernt wird.
16. Mehrschicht-Resistverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70) des Musters des oberen Resistfilms (69) unter Verwendung von Gasen wie CF4, CHF3 und SF6 entfernt wird.
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US-Buch: Microlithography, D.J. Elliott, Mc-Graw-Hill, New York, 1986, S. 229-258 *

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