DE69127792T2 - Verfahren zur Herstellung eines Musters in einer Schicht - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Musters in einer Schicht

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterwafers, bei dem der Wafer mit einer Antireflexbeschichtung über einer Schicht aus Leitern ausgestattet wird.
  • Ein Schritt bei der Herstellung von Haibleiterbausteinen, z.B. bei integrierten Schaltungen, ist die Anordnung eines Leitermusters über einem Halbleitersubstrat durch photolithographisches Maskieren und Ätzen Eine Photoresistbeschichtung über einer Metallschicht wird selektiv mit actinischem Licht, das durch Masken geleitet wird, die das gewünschte Leitermuster definieren, belichtet. Nach der Entwicklung des Photoresists bildet die Photoresistschicht eine Maske mit Öffnungen, welche die gewünschten Leitermuster bilden, die dazu benutzt werden ein selektives Ätzen der belichteten Abschnitte der Metallschicht zu ermöglichen, um die über dem Substrat liegenden, gewünschten Leitermuster zurückzulassen. Das Ätzen wird oft in einem Plasmaätzreaktor durchgeführt, in welchem ein Ionenplasma reagiert und die belichteten Metallabschnitte wegätzt.
  • Bestrebungen zum Steigern der Schaltungsdichte machen eine kürzere wellenlänge des actinischen Lichts, das zum Belichten des Photoresists benutzt wird, einen höheren Grad an Steuerung der aberflächengeometrie und die Beseitigung der Pseudoreflektionen des actinischen Lichts erforderlich. Es wurde erkannt, daß oftmals eine separate Antireflexbeschichtung zwischen dem Metallfilm und dem Fhotoresistfilm vorhanden sein sollte, um einer Belichtung des Photoresists durch reflektierende Komponenten vorzubeugen. Tiefes ultraviolettes Licht hat ausreichend kurze Wellenlänge, um eine Genauigkeit mit Toleranzen, die im µm-Bereich liegen, zu ermöglichen. Die meisten Substrate sind jedoch bei tiefem ultraviolettem Licht stärker reflektierend als bei Licht mit einer längeren Wellenlänge, wodurch die Notwendigkeit einer wirksamen Antireflexbeschichtung steigt.
  • Die PCT-WO 90/03598 offenbart ein Verfahren zum Ätzen eines Musters, das eine Antireflexbeschichtung benutzt, die es ermöglicht, die Oberfläche des Wafers eben zu machen. Die GB-A-2 170 649 offenbart das gleichzeitige Plasmaätzen einer Antireflexschicht und der mit einem Muster zu versehenden Schicht. EP-A-264650 offenbart den Einsatz von Polysulfonen als Antireflexschichten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren, wie in Anspruch 1 definiert, bereitgestellt.
  • Die Erfindung benutzt für ein photolithographisches Verfahren eine Schicht aus organischem Material als Antireflexbeschichtung, welche die Oberfläche, auf der sich die Photoresist-Schicht niederschlägt, eben macht, die hochabsorbierend gegenüber actinischen ultravioletten Licht ist und zusammen mit der darunterliegenenden Metallschicht plasmageätzt werden kann, wodurch die Notwendigkeit eines separaten Schrittes zum Entfernen der belichteten Antireflexbeschichtung vor dem Ätzen des Metalls nicht mehr gegeben ist. Um eine gewisse Ebenheit zu erreichen, ist das organische Material am Anfang eine Flüssigkeit, die abgeschieden und derart über die Substratoberfläche geschleudert wird, daß sie sich nach dem Drehen in einer Stärke oder Dicke, die größer als irgend eine Ungleichförmigkeit ist, auf der Substratoberfläche absetzt. Danach härtet die Antireflexbeschichtung aus, um eine ebene Oberfläche für herkömmliches Beschichten durch Drehen des Photoresist-Materials bereitzustellen. Die Photoresistschicht ist somit eben und so gestaltet, daß sie eine gleichförmige Dicke oder Stärke besitzt, wie es für eine sehr genaue Lithographie mit tiefem ultravioletten Licht erforderlich ist.
  • Das als Antireflexbeschichtung abgeschiedene Fluid kann ein Polymervorläufer sein, der aushärtet, um eine Polymerschicht zu bilden, oder kann ein Polymer sein, das in einem flussigen Träger gelöst ist und durch Verdampfung des flüssigen Trägers aushärtet. Mehrere Beispiele geeigneter Materialien, die gleichzeitig mit einer darunterliegenden Metallschicht plasmageätzt werden können, werden angegeben.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Berücksichtigung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten zeichnungen besser verstanden werden.
    • Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum photolithographischen Maskieren und Ätzen von Halbleiterbausteinen, z .B. integrierte Schaltungen, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
  • Fig. 2 bis 5 ein beschichtetes Halbleitersubstrat während verschiedener Stufen des in Fig. 5 dargestellten Verfahrens.
    • Detaillierte Beschreibung
  • Bezugnehmend auf Fig. 1, dort wird ein Flußdiagramm gezeigt, welches die nacheinander ablaufenden Schritte beim photolithographischen Maskieren und Ätzen der Schicht, z.B. eine über einem Halbleitersubstrat liegende Metallschicht, darstellt. Bezugnehmend auf Fig. 2, sieht das Verfahren vor, daß ein Leitermuster in einem leitenden Film 11 erzeugt wird, der über einem Halbleitersubstrat 12 liegt und typischerweise von dem Substrat durch eine dielektrische Schicht 13, z.B. Siliciumdioxid, isoliert ist. Zurück zu Fig. 1. Der erste Schritt 15 des Verfahrens besteht darin, daß eine Antireflexbeschichtung (ARC) an der oberen Oberfläche des Metallfilms 11 aufgeschleudert wird; das bedeutet, daß ein Antireflexbeschichtungsfluid auf einer Oberfläche abgeschieden und dann in bekannter Art und Weise durch Drehen des Substrats verteilt wird. Bezugnehmend auf Fig. 2, ist die Antireflexbeschichtung 16, die sich über die Oberfläche der Metallschicht 11 ausbreitet, von ausreichender Viskosität und Dicke, um wenigstens dicker und vorzugsweise dreimal so dick, wie die am meisten hervorstehenden Oberflächenirregularität auf der Oberfläche des Metallfilms 11 zu sein. Wie nachfolgend ausführlicher erörtert wird, kann ein Polymervorläufer oder ein Polymer, das in einem flussigen Träger aufgelöst ist, so beschaffen sein, daß er bzw. es diesen Anforderungen entspricht. Eine Oberflächenirregularität 17 kann aufgrund einer Irregularität an der Oberfläche des Halbleitersubstrates 12 auftreten, wobei die Schichten 13 und 11 konform mit dieser Irregularität; die bei 17 dargestellt ist, sind, so daß sie auf der oberen Oberfläche der Metallschicht 11 augenscheinlich wird.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt, ermöglicht es der zweite Schritt 18, daß sich die flüssige Antireflexbeschichtung absetzt und aushärtet. Wenn ein Polymervorläufer benutzt wird, ist das Aushärten der Schritt der Polymerisation, und wenn das Fluid ein Polymer in einem Träger ist, wird das Aushärten durch die Verdampfung des Trägers bewirkt. Zurück zu Fig. 2. Dieser Schritt hat zur Folge, daß eine sehr ebene obere Oberfläche 19 der Beschichtung 16 entsteht.
  • Wieder Bezug nehmend auf Fig. 1, ist der nächste Schritt 20 das Beschichten der oberen Oberfläche 19 mit einer Photoresistschicht. Der Photoresist lagert sich ab und wird verteilt, wie bekannt wieder durch Drehen, wobei sich wieder eine Photoresistschicht 21 ergibt, die in Fig. 3 gezeigt wird. Wegen der Erzeugung einer ebenen oberen Oberfläche 19 der Antireflexbeschichtung 16, kann die Photoresistschicht 21 so hergestellt werden, daß sie eine hohe gleichförmige Stärke und eine sehr ebene obere Oberfläche besitzt, die für eine genaue selektive Beschichtung durch tiefes ultraviolettes Licht, d.h. Licht mit einer sehr kurzen Wellenlänge, erwünscht ist.
  • Der nächste Schritt 23 nach Fig. 1 ist das selektive Belichten des Photoresists mit tiefem ultravioletten Licht. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Photoresistbeschichtung 21 mit ultraviolettem Licht 24, das durch eine Öffnung in einer Maske 25 übertragen wird, belichtet. Wie es auf diesem Fachgebiet bekannt ist, erzeugt die Entwicklung der Photoresistbeschichtung die Öffnungen 27 in der Photoresistbeschichtung, welche das gewünschte Muster, die in der Metallschicht 11 zu bilden ist, beschreiben.
  • Gemäß der Erfindung, werden die Antireflexbeschichtung und der Metallfilm gleichzeitig plasmageätzt, wie es durch Schritt 29 nach Fig. 1 gezeigt wird. Plasmen aus Halogenverbindungen werden typischerweise benutzt, um Metalle, z.B. Aluminium, anisotrop zu ätzen. Das Plasmaätzen macht es erforderlich, daß das Substrat in einen Reaktor eingebracht wird, in welchem ein Plasma durch elektrische lonisierung eines reaktiven Gases, das aus CCl&sub4; besteht, gebildet wird. Der Reaktor kann ein als Modell 5000 bekannter Reaktor sein, der von der Applied Materials Corporation of Santa Clara, Californien, erhältlich ist.
  • Bezugnehmend auf Fig. 5, reagiert die Antireflexbeschichtung 16 mit dem Halogenplasma, und ätzt somit den Aluminiumleiter 11. Der gemusterte Photoresist 21 wird nicht durch das Plasma geätzt, und bildet deshalb wird eine Maske zum Definieren der geätzten Muster sowohl in der Antireflexbeschichtung als auch in der Metallschicht 11. Nach dem Plasmaätzen, können die Photoresistschicht 21 und die Antireflexbeschichtung 16 durch das Ätzen, wie bekannt, entfernt sein, so daß der gemusterte leitende Metallfilm 11 zurück bleibt.
  • Bei einer erfolgreichen Ausführungsform des Verfahrens, ist in Chlorbenzol aufgelöstes Polybutylsulfon als Antireflexbeschichtung benutzt worden. Eine soche Beschichtung kann einen Farbstoff oder ultraviolettes Licht absorbierendes Material enthalten, z.B. Bis-(4- Azidophenyl)Ether, das eine starke Absorbtionsfähigkeit im Bereich von 250 bis 280 nm besitzt.Als tiefes ultraviolettes Licht kann im allgemeinen Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 300 nm betrachtet werden. Die verwendete actinische Wellenlänge entspricht natürlich der Absorbtionsbandbreite der Antireflexbeschichtung ARC.
  • Eine möglicherweise nützlichere Ausführungsform würde die sein, die als fluide Antireflexbeschichtung einen flüssigen Polysulfonvorläufer oder ein Polyaldehyd benutzt. Die Aushärtung bei Schritt 18 nach Fig. 2 würde dann durch Polymerisierung des Vorläufers stattfinden. Diese Materialien sind dafür bekannt, daß sie eine niedrige Widerstandfähigkeit bei einer Halogenplasmaätzung aufweisen, und thermisch oder photochemisch polymerisiert werden können. Ein anderes benutzbares ARC-Harz könnte Poly(Methyl)Pentensulfon sein. Dieses ist Polybutylsulfon chemisch ähnlich und sollte, wie es zum Plasmaätzen erforderlich ist, in der Plasmaumgebung unstabil sein.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen umfassend die Schritte:
Herstellen einer ersten Aluminiumschicht (11) an einer Oberfläche eines Substrates (12, 13) mit einer oberen Oberfläche mit Oberflächenirregularitäten, wobei die erste Schicht für ultraviolettes Licht reflektierend ist,
Beschichten der ersten Aluminiumschicht mit einer polimeren Antireflexbeschichtung (16) mit einer Dicke, die höher ist als die Höhe der Oberflächenirregularitäten, wobei die Antireflexbeschichtung für das ultraviolette Licht absorbierend ist,
Beschichten der polimeren Antireflexbeschichtung mit einer Photqresistbeschichtung (21), Belichten der Photoresistbeschichtung (21) mit dem ultravioletten aktinischen Licht, welches durch die Antireflexbeschichtung nicht wirkungsvoll reflektiert wird,
Entwickeln des Photoresists, um darin Öffnungen (27) zu definieren, und Verwenden der Öffnungen, um die Abschnitte der Antireflexbeschichtung und der ersten Schicht, welche durch die Öffnung freigelegt sind selektiv zu ätzen, während unbelichtete Abschnitte von diesen intakt erhalten werden,
wobei die Polymer-Antireflexbeschichtung (16) anfänglich einen Vorläufer eines Polymers umfaßt, der polymerisiert wird, um eine gehärtete Antireflexbeschichtung mit einer im wesentlichen ebenen oberen Oberfläche zu bilden, und wobei der Polymervorläufer aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polysulfon und Polyaldehyd besteht, welches an dem Substrat beschichtet wird durch dessen Abscheidung in einer fluiden Form an dem Substrat, Rotieren des Substrats zum Verteilen des Vorläufers und dann Polymerisieren des Vorläufers, dadurch gekennzeichnet, daß
das ultraviolette Licht tiefes ultraviolettes Licht ist, das heißt Licht mit Wellenlängen von weniger als ungefähr 300 nm ist,
und die erste Schicht und die Antireflexbeschichtung gleichzeitig an Bereichen plasmageätzt werden, welche durch die öffnungen der Photoresistschicht freigelegt sind, um im wesentlichen solche Bereiche der ersten Schicht und der Antireflexbeschichtung zu entfernen, die durch die Öffnungen freigelegt sind,
wobei der Plasmaätzschritt ein reaktives Gas, das CCl&sub4; umfasst, verwendet, wobei das Plasma durch lonisieren des CCL&sub4;, welches beides ätzen kann, sowohl die erste Schicht und die Antireflexschicht, gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid- oder Flüssigvorläufer ein in einem flüssigen Träger gelöster Polymer ist, und der Härtungsschritt den Schritt des Verdampfens des flüssigen Trägers umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß: das Polymer Polybutylsulfon ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Polymervorläufer ein Vorläufer von Polysulfon ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß der Polymervorläufer ein Vorläufer von Polyaldehyd ist.
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