DE69227137T2

DE69227137T2 - Verfahren zur Herstellung einer Markierung

Info

Publication number: DE69227137T2
Application number: DE69227137T
Authority: DE
Inventors: Monte A. Coppell Texas 75019 Douglas; Richard A. Plano Texas 75025 Stoltz
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1991-02-28
Filing date: 1992-02-18
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: EP0501278B1; US6432317B1; EP0501278A1; JPH0572719A; DE69227137D1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleiterbauelemente und insbesondere auf Maskierungsverfahren zum Bilden von im Submikrometerbereich liegenden Merkmalen.

Hintergrund der Erfindung

Die Halbleiterindustrie ist ständig darum bemüht, elektronische Bauelemente mit größerer Dichte zu erreichen. Mit dem Vordringen der Industrie in den Bereich von Merkmalen im Mikrometerbereich und im Submikrometerbereich zur Erzielung höherer Dichte ist das Bedürfnis nach verbesserten Maskierungsverfahren zur Erzeugung solcher kleinen Merkmale gestiegen.
Eine Möglichkeit, um die hohe Auflösung eines im Submikrometerbereich bemessenen Merkmals zu erreichen, besteht darin, die numerische Apertur des optischen Abbildungssystems zu vergrößern, das verwendet wird, um ein strukturiertes Bild des Merkmals zu erzeugen. Leider führt die Erhöhung der numerischen Apertur des Abbildungssystems für die Erhöhung einer höheren Auflösung zu einer stark verminderten Schärfentiefe.
Es gibt weitere Probleme, die mit herkömmlichen Maskierungsverfahren verbunden sind, wie ein Mangel an Gleichförmigkeit der Entwicklung des Resists durch eine dicke Resistschicht und gestreutes Licht innerhalb der Resistschicht aufgrund von reflektierenden metallischen Oberflächen unter dem Resist. Diese Probleme verschlimmern das Problem des Verlusts an Auflösung durch Erzeugen schlecht definierter Muster beim Angriff.
Aus WO 83/04269 ist ein Verfahren zum Aufwachsen strukturierter dünner Schichten auf einem Substrat bekannt, bei dem der gewünschte Wachstumsbereich unter Verwendung von Photodissoziation einer dünnen Oberflächenschicht adsorbierter Moleküle einem Keimbildungsprozeß unterzogen wird. Dann wird eine räumlich gleichmäßige und einen hohen Teilchenfluß aufweisende Atomquelle für das Wachstum der dünnen Schicht verwendet, das in selektiver Weise in den Bereichen auftritt, die einem Keimbildungsprozeß unterzogen wurden. Jedoch lehrt diese Druckschrift ein maskenloses Wachstum der dünnen Schicht.
FR-A-2 319 926 offenbart ein Verfahren zum Bilden einer Ätzmaske. Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens wird eine 100 nm dicke Schicht aus PbI&sub2; auf einer Schicht aus SiO&sub2; gebildet. Dann werden Teile der PbI&sub2;-Schicht durch Einstrahlung unter Verwendung eines Argonlasers entfernt. Die sich ergebende Struktur wird mit einer 100 nm dicken Schicht Au bedeckt. Die PbI&sub2;-Schicht wird dann abgelöst, wodurch das Au auf deren Spitze entfernt wird und eine Schicht aus Au als Ätzmaske auf der SiO&sub2;-Schicht zurückgelassen wird.
Es besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Maskieren einer Struktur, um für eine hohe Auflösung dienende und im Submikrometerbereich bemessene Merkmale auf einem Halbleiterbauelement zu bilden.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Maskieren einer Struktur zum Strukturieren von im Mikrometerbereich und im Submikrometerbereich liegenden Merkmalen geschaffen wie es im Anspruch 1 definiert ist.
Vorzugsweise wird die adsorbierte Schicht von der Struktur außer an den einem Keimbildungsprozeß unterzogenen Stellen entfernt, bevor die Aufbauschichten gebildet werden. Außerdem können die einem Keimbildungsprozeß unterzogenen Bereiche und die Aufbauschichten, wenn sie die Leistung der endgültigen Struktur nicht beeinträchtigen, als Teil dieser endgültigen Struktur beibehalten werden. Die Aufbauschichten können verwendet werden, um ein organisches Ätzresist zu strukturieren. Diese Struktur kann aus einem aus einer einzigen Schicht bestehenden Substrat oder aus wenigstens einer Schicht über einer Substratschicht bestehen. Die Energiequelle kann eine Strahlungsenergiequelle oder eine Teilchenenergiequelle sein. Die einem Keimbildungsprozeß unterzogenen Teilbereiche und/oder die Aufbauschichten können in einer Vakuumkammer gebildet werden.
Sie können aus einem dissoziierbaren Gas gebildet werden und aus Metall bestehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht der Bildung der adsorbierten Schicht;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht des Keimbildungsschritts;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des Aussetzens der Energie ohne Struktur;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Verwendung eines Ätzmittels, um die Struktur zu übertragen.
Gleiche Bezugszeichen und Zeichen in den verschiedenen Figuren beziehen sich, wenn nicht anders gezeigt, auf sich entsprechende Teile.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Unter Bezug auf die Fig. 1 ist eine Struktur 12 zu erkennen, die in eine Druckkammer 22 gesetzt ist, die durch geeignete nicht dargestellte Dichtungen luftdicht gemacht wurde und die mit einem Einlaß 24 und einem Auslaß 26 versehen ist. Der Einlaß 24 und der Auslaß 26 besitzen jeweils ein Durchflußventil 28 bzw. 30, um den Zugang zu der Kammer 22 zu steuern. Die Struktur 12 kann je nach der Anwendung aus einer einzelnen Materialschicht oder mehreren Schichten verschiedener Materialien bestehen. Es ist wichtig, daß ein Bedürfnis besteht, einen Teil der Struktur 12 zu strukturieren.
Ein lichtempfindliches Gas wird in die Kammer 22 über den Einlaß 24 gepumpt. Ein lichtempfindliches Gas wie z. B. Trimethylaluminium (Al(CH&sub3;)&sub3;) wird durch Licht dissoziiert (d. h., daß es in mehrere einfachere Bestandteile beim Aussetzen einer speziellen Lichtwellenlänge auseinanderbricht) und einen oder mehrere der Bestandteile (z. B. Aluminium) auf der Oberfläche der Struktur 12 abscheiden. Das lichtempfindliche Gas wird unter Druck gesetzt, z. B. auf einen Druck von 20 Torr, bis sich eine Monolage 32 aus adsorbierten Gasmolekülen auf der Struktur 12 bildet. Nach der notwendigen Zeit wird das nicht adsorbierte lichtempfindliche Gas durch den Auslaß 26 evakuiert.
Die Struktur 12 wird dann in ein Abbildungssystem 34, z. B. eine Projektionsbelichtungsanlage, gesetzt, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Das System 34 umfaßt eine Kammer 35 zum Aufnehmen der Struktur 12 und eine Strukturierungsmaske 36. Die Maske 36 ist entfernbar an der Kammer 35 über der Struktur 12 angebracht und ist mit ausgeschnittenen Teilen, z. B. den ausgeschnittenen Teilen 38 und 40, entsprechend der gewünschten auf die Struktur 12 zu übertragenden Struktur versehen. In der Kammer 35 ist eine Energiequelle 42 installiert, um die Energie zu liefern, die erforderlich ist, um die adsorbierte Monolage 32 durch Licht zu dissoziieren.
Die Energiequelle 42 ist so ausgewählt, daß sie zu der adsorbierten Schicht 32 paßt. Die Energiestrahlen, die als Pfeile 44 dargestellt sind, besitzen eine Energie, die ausreicht, um das Gas in der adsorbierten Schicht 32 zu dissoziieren. So sollte beispielsweise eine Wellenlänge von ungefähr 193 nm ausreichen, um die meisten Gase, die bei einem optischen Abbildungssystem zur Auswahl stehen, zu dissoziieren.
Die adsorbierte Monolage 32 wird durch die ausgeschnittenen Teile 38 und 40 in der Maske 36 der Energiequelle 42 ausgesetzt. Wie vorher besprochen, bringt die Energiequelle 42 die adsorbierte Monolage 32 zur Photodissoziation und erzeugt Keimstellen 46 und 48 auf der Struktur 12. Die Kristallisierungskeimstellen 46 und 48 bestehen aus einem der einfacheren Bestandteile des lichtempfindlichen Gases der adsorbierten Schicht 32. Wenn z. B. das lichtempfindliche Gas Trimethylaluminium enthält, bricht die Photodissoziation das Methyl (CH&sub3;) von der Oberfläche der Struktur 12, wobei Kristallisierungskeimstellen aus Aluminium (Al) zurückgelassen werden.
Die adsorbierte Schicht 32, die die Kristallisierungskeimstellen 46 und 48 umgibt, bleibt von der Energiequelle 42 unberührt, da die Maske 36 lediglich die Kristallisierungskeimstellen freilegt. Es kann hier wünschenswert sein, die verbleibenden nicht einem Keimbildungsprozeß unterzogenen Bereiche der adsorbierten Schicht 32 durch ein geeignetes Verfahren, z. B. durch Heizen, Lösen oder Ätzen zu entfernen, was zu einer sauberen Oberfläche für die nachfolgenden Schritte führt.
Die Kristallisierungskeimstellen werden dann verwendet, um eine weitere Abscheidung in Gang zu setzen, die Stellen in dem Bereich verbindet, um eine Maske der gewünschten Struktur zu bilden. Dies kann durch selektive Abscheidung (z. B. Wolfram aus WF&sub6; mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD), unterstützt durch gerichtete Energie) erfolgen, wobei die Keimbildung von den Keimbildungsstellen ausgeht. Durch dieses Verfahren können Aufbauschichten 66 und 68 in selektiver Weise auf den dem Keimbildungsprozeß unterzogenen Stellen 46 und 48 abgeschieden werden. Dies kann, je nach dem verwendeten Verfahren und den verwendeten Materialien in einem Vakuum stattfinden oder nicht.
Unter Bezug auf die Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Struktur 12 mit den dem Keimbildungsprozeß unterzogenen Stellen 46 und 48, die bereit ist für die Bildung der Aufbauschichten, alternativ dazu auch in eine Vorrichtung 50 zum Aussetzen einer Energie ohne Struktur gesetzt werden kann (als eine Alternative zu dem Aufbau durch selektive Abscheidung von Wolfram beispielsweise). Diese Vorrichtung 50 ist in geeigneter Weise abgedichtet, was nicht dargestellt ist, um eine Vakuumkammer 52 mit einem Einlaß 54 und einem Auslaß 56 bereitzustellen. Der Einlaß 54 und der Auslaß 56 sind jeweils mit Durchflußventilen 58 bzw. 60 ausgestattet, um den Zufluß zur Kammer 52 zu steuern. Oben in der Kammer 52 ist eine Energiequelle 62 installiert, um die Energie zu liefern, die erforderlich ist, um die Photodissoziation während des Aussetzens der Energie herzustellen. Die Energiequelle 62 muß zu dem lichtempfindlichen Gas, das für das Aussetzen der Energie ausgewählt wurde, geeignet sein. Ein lichtempfindliches Gas wird zur Füllung in die Kammer 52 durch den Einlaß 54 gelassen, was durch den Pfeil 64 angezeigt ist. Die Energiequelle 62 wird aktiviert, um Energiestrahlen zu erzeugen, wie es durch die Pfeile 65 dargestellt ist, die durch das lichtempfindliche Gas laufen, das die Kammer 52 füllt. Die Energiestrahlen dissoziieren das Gas durch Licht in einfachere Bestandteile des Gases, wobei kondensierbare und nichtkondensierbare Atome erzeugt werden. Die kondensierbaren Atome werden sich in selektiver Weise als Keime auf den vorge keimten Stellen 46 und 48 abscheiden. So werden die vorgekeimten Stellen 46 und 48 Schichten der kondensierbaren Atome aufbauen, um Aufbauschichten 66 und 68 zu bilden. Nach einer vorherbestimmten Zeitdauer wird das übrige Gas durch den Auslaß 56 evakuiert, was durch den Pfeil 70 angezeigt ist. So können die Energiestrahlen 66, wenn das lichtempfindliche Gas aus Trimethylaluminium besteht, das Gas in ein teilweise dissoziiertes Produkt dissoziieren. Ein oder zwei der drei Methylmoleküle würden in Form eines nichtkondensierbaren Gases zurückbleiben, während die Aluminiumatome und die verbleibenden Methylmoleküle kondensierbar sein würden. Die kondensierbaren Atome würden sich auf den vorgekeimten Stellen 46 und 48 sammeln und darüber hinaus dissoziieren, um die Aufbauschichten 66 und 68 zu bilden.
Die Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der letzten Stufen der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gewünschte Struktur unter den Aufbauschichten 66 und 68 kann nun auf die Struktur 12 durch einen geeigneten Ätzprozeß übertragen werden, z. B. durch ein Plasmatrockenätzen mit einem auf einem Halogen basierenden Ätzmittel, um die Struktur 12, die nicht unter den Aufbauschichten 66 und 68 ist, zu ätzen. Die sich ergebenden Produkte sind geschichtete Säulen, die einen Teil der Struktur 12, die vorgekeimten Stellen 46 bzw. 48 und die Aufbauschichten 66 bzw. 68 umfassen.
Wenn die Plasmaätze beendet ist, können die vorgekeimten Stellen 46 und 48 und die Aufbauschichten z. B. durch ein Ätzverfahren entfernt werden, oder sie können am Platz gelassen werden, je nach dem verwendeten Material und der Wirkung auf die nachfolgenden Verarbeitungsschritte und das fertige Bauelement. Das endgültige Ergebnis ist die gewünschte im Submikrometerbereich liegende Struktur, die auf der Struktur 12 gebildet wurde.
Das beschriebene Verfahren kann bei vielen Anwendungen und bei vielen Verfahren und Materialien verwendet werden. Die zur Herstellung eines strukturierten Bildes auf der Struktur 12 verwendete Energie kann ein breites Spektrum an Quellen umfassen. Hierzu gehören herkömmlich verwendete, wie die g-Linie oder die i-Linie von einer Quecksilberbogenentladungslampe oder z. B. fernes Ultraviolettlicht, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen oder Ionenstrahlenquellen. Daher gibt es keine Beschränkungen, was spezielle Energiequellen angeht. Die Ausdrücke "durch Licht dissoziierbar" und "lichtempfindlich" wurden in der obigen Beschreibung der Bequemlichkeit halber verwendet, jedoch kann der Term "Licht" beispielsweise durch die Begriffe Strahlenenergie, elektromagnetische Energie oder Teilchenenergie in der gesamten Beschreibung ersetzt werden (das heißt "durch Licht dissoziierbar" kann ersetzt werden durch "durch Strahlenenergie dissoziierbar").
Die Abscheidungsprozesse, die vorgekeimt werden können, um eine Maskierungsschicht herzustellen, sind ebenfalls breit in ihrem Schutzumfang. Zum Beispiel kann irgendein Fluid, das für chemische Gasphasenabscheidung (CVD), photoaktivierte oder plasmaunterstützte CVD oder Elektronenzyklotronresonanzabscheidung verwendet wird, eingesetzt werden (z. B. allgemeine Metallorganica oder Metallhalogenide können verwendet werden). Das Material, das abgeschieden wird, kann Metall, ein Isolator oder ein Halbleiter sein. Die Wahl des Materials ist nicht auf den Niedertemperaturbereich organischer Materialien (der im allgemeinen bei herkömmlichen Maskierungsverfahren verwendet wird) begrenzt, sondern er wird durch die Anwendung bestimmt. Als Folge davon sind die Anwendungen für das oben beschriebene Maskierungsschema sehr verschieden. Zum Beispiel kann es verwendet werden, um Ionenplantierungen hoher Auflösung, die Oxidation von Silicium oder das Ätzen darunterliegender dünner Schichten zu maskieren. Das Maskieren kann verwendet werden, um andere Maskierungsmaterialien zu strukturieren, und es kann somit verwendet werden, um indirekt permanente Merkmale auf der endgültigen Struktur zu strukturieren (zum Beispiel, um ein orgnisches Ätzresist zu maskieren).
In der Tabelle 1 unten ist eine nichtabschließende Liste möglicher Materialien aufgeführt, die bei dem vorher beschriebenen Verfahren verwendet werden können. Die Tabelle enthält mögliche Kombinationen aus Maskierungsmaterialien (zum Beispiel den aus Al vorgekeimten Bereichen und/oder den Aufbauschichten), die Trägermaterialien (zum Beispiel Al(CH&sub3;)&sub3; als ein durch Licht dissoziierbares Gas oder WF&sub6; als ein durch Energie dissoziierbares Gas) und das geätzte Material (zum Beispiel die obere Schicht der Struktur 12, in der die im Submikrometerbereich liegenden Merkmale gebildet werden sollen). Die Tabelle dient lediglich der Klarstellung und zu Beispielszwecken und ist nicht dazu gedacht, in einem einschränkenden Sinne ausgelegt zu werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform wurde hierin im einzelnen oben beschrieben. Es ist zu erkennen, daß der Schutzumfang der Erfindung darüber hinaus Ausführungsformen umfaßt, die von diesen beschriebenen abweichen, jedoch innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen. Beim Ermitteln des Schutzumfangs der Erfindung sind umfassende Ausdrücke in einem nichterschöpfenden Sinne zu interpretieren. Tabelle 1

Claims

1. Verfahren zum Maskieren einer Struktur (12) zum Strukturieren von im Mikrometerbereich und im Submikrometerbereich liegenden Merkmalen, bei dem:

a. wenigstens eine Monolage (32) aus adsorbierten Molekülen auf der Struktur (12) gebildet wird;

b. auf Teilbereichen (46, 48) der adsorbierten Schicht (32) Kristallisierungskeime gebildet werden, indem die Teilbereiche entsprechend einer gewünschten Struktur einer Energiequelle (42) ausgesetzt werden; und

c. in selektiver Weise Aufbauschichten (66, 68) über den Teilbereichen (46, 48) gebildet werden, die einem Keimbildungsprozeß unterzogen wurden, um eine Maske über der Struktur (12) zu bilden;

wobei die Maske über der Struktur (12) erzeugt wird, um die Oberfläche der Struktur (12) in Bereichen, die nicht von der Maske bedeckt sind, zu ätzen, einer Implantation zu unterziehen oder zu oxidieren, um strukturierte Merkmale zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die adsorbierte Schicht (32) außer an den Stellen (46, 48), die dem Kristallisierungskeimbildungsprozeß unterzogen wurden, von der Struktur (12) entfernt wird, bevor die Aufbauschichten (66, 68) gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Teilbereiche (46, 48), die dem Kristallisierungskeimbildungsprozeß unterzogen wurden, und die Aufbauschichten (66, 68) die Leistung der endgültigen Struktur nicht beeinträchtigen und als Teil der endgültigen Struktur beibehalten werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilbereiche (46, 48), die dem Kristallisierungskeimbildungsprozeß unterzogen wurden, und die Aufbauschichten (66, 68) verwendet werden, um ein organisches Ätzresist zu strukturieren.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Struktur (12) aus einem aus einer einzigen Schicht bestehenden Substrat besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Struktur (12) aus wenigstens einer Schicht über einer Substratschicht besteht.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Energiequelle (42) eine Strahlungsenergiequelle ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Energiequelle (42) eine Teilchenenergiequelle ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilbereiche (46, 48), die dem Kristallisierungskeimbildungsprozeß unterzogen wurden, und/oder die Aufbauschichten (66, 68) in einer Vakuumkammer gebildet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilbereiche (46, 48), die dem Kristallisierungskeimbildungsprozeß unterzogen wurden, und/oder die Aufbauschichten (66, 68) aus einem durch Energie dissoziierbaren Gas gebildet werden.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Teilbereiche (46, 48), die dem Kristallisierungskeimbildungsprozeß unterzogen wurden, und/oder die Aufbauschichten (66, 68) aus Metall bestehen.

12. Struktur, die gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet ist.