DE4320033B4 - Verfahren zur Bildung eines Metallmusters bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bildung eines Metallmusters bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung, mit folgenden Schritten:
– Bildung eines Metallfilms (32) auf einem Halbleitersubstrat (31),
– Bildung eines porösen Antireflexionsfilms (33) auf dem Metallfilm (32),
– Bildung eines Fotoresistfilms (34) auf dem porösen Antireflexionsfilm (33),
– der Fotoresistfilm (34) wird einem fotolithographischen Prozeß unterworfen, um ein Fotoresistmuster (34-1, 34-2) zu erhalten,
– der Antireflexionsfilm (33) und der Metallfilm (32) werden unter Verwendung des Fotoresistmusters als Ätzmaske strukturiert, um ein Antireflexionsfilmmuster und ein Metallfilmmuster zu erhalten, und
– es wird das Antireflexionsfilmmuster entfernt, so daß nur das Metallfilmmuster verbleibt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines Metallmusters bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 und insbesondere auf ein solches Verfahren, mit dem sich verhindern läßt, daß Kerben bzw. Ausnehmungen in einem Fotoresistmuster infolge von Lichtrelexionen am Metallfilm bei Vornahme einer Belichtung in einem fotolithographischen Prozeß entstehen.
  • Aus der US 4, 820, 611 ist bereits ein Verfahren zur Bildung eines Metallmusters bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung bekannt, das folgende Schritte aufweist: Bildung eines Metallfilms auf einem Halbleitersubstrat; Bildung eines Antireflexionsfilms auf dem Metallfilm; Bildung eines Fotoresistfilms auf dem Antireflexionsfilm; der Fotoresistfilm wird einem fotolithographischen Prozeß unterworfen, um ein Fotoresistmuster zu erhalten; der Antireflexionsfilm und der Metallfilm werden unter Verwendung des Fotoresistmusters als Ätzmaske strukturiert, um ein Antireflexionsfilmmuster und ein Metallfilmmuster zu erhalten; und es wird das Antireflexionsfilmmuster entfernt, so daß nur das Metallfilmmuster verbleibt.
  • Mit dem aus der US 4,820,611 bekannten Verfahren vergleichbare Verfahren sind aus der US 4,933,304 sowie aus Horn M. W.:"Antireflection Layers and Planarization for Microlithography" in: Solid State Technology, Nov. 1991, Vol. 11, Seiten 57 bis 62, bekannt. So weist der gemäß der US 4,933,304 eingesetzte Antireflexionsfilm bereits eine rauhe Oberfläche auf. Bei Horn M. W. wird schon auf die "BARC"-Eigenschaft des in Rede stehenden Antireflexionsfilms hingewiesen.
  • Poröse Antireflexionsfilme sind andererseits in anderem technischen Zusammenhang bekannt aus Yoldas B. E., Partlow D. P.: "Formation of broad band antireflective coatings on fused silica for high power laser applications" in: Thin Solid Films, 1985, Vol. 129, No. 1 – 2, Seiten 1 bis 14.
  • Bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung wird üblicherweise ein fotolithographischer Prozeß durchgeführt, um ein gewünschtes Muster einer Halbleiterschaltung unter Verwendung eines Fotoresists auf einen Wafer aufzudrucken.
  • Dieser Prozeß wird nachfolgend näher erläutert.
  • Zuerst wird ein Wafer mit Fotoresist bedeckt. Auf der Fotoresistoberfläche kommt eine Maske zu liegen, die ein gewünschtes Muster aufweist. Anschließend wird der auf dem Wafer gebildete Fotoresist einem Belichtungsprozeß unterworfen und sodann einem Entwicklungsprozeß, um auf dem Wafer dasselbe Fotoresistmuster zu erhalten, wie es in der Maske vorhanden war.
  • Bei der Herstellung von Mustern in einer Halbleitereinrichtung mit Hilfe des oben beschriebenen fotolithographischen Prozesses läßt sich eine minimale Mustergröße erzielen, die im Submicron-Bereich liegt, z. B. unterhalb von 0,5 μm (≤ 0,5 μm). Durch derart geringe Mustergrößen läßt sich ein hoher Integrationsgrad bei der Halbleitereinrichtung erreichen.
  • Es treten allerdings Probleme auf, wenn ein Fotoresist verwendet wird, der nur aus einer einzigen Schicht besteht.
  • Insbesondere wird ein sogenanntes Kerb- bzw. Stufenphänomen beobachtet, das im Bereich des Fotoresistmusters auftritt und durch am Substrat reflektiertes Licht verursacht wird. Ein Näherungseffekt ergibt sich durch eine Profildifferenz eines definierten Fotoresistmusters zwischen einem Bereich mit hoher Musterdichte und einem Bereich mit niedriger Musterdichte. Ferner werden Einschnürungen und Brücken infolge von unterschiedlichen Fokusdicken erhalten, wenn größere Schrittdifferenzen auftreten.
  • Ein Verhältnis von Höhe zu Breite in Verbindung mit dem definierten Fotoresistmuster liegt ebenfalls im Submicron-Bereich, also bei ≤ 0,5 μm, so daß dieses Verhältnis ebenfalls ansteigt, wenn die minimale Mustergröße reduziert wird. Aus diesem Grunde wird ein Abschälphänomen bei Wahl derartiger Verhältnisse beobachtet, wenn ein Naßentwicklungsprozeß durchgeführt wird.
  • Die 1 zeigt einen Prozeß zur Bildung eines Metallmusters bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung, wobei ein fotolithographischer Prozeß zum Einsatz kommt und das Metallmuster dazu verwendet wird, Elemente der Halbleitereinrichtung miteinander zu verbinden.
  • Zunächst wird ein Metallfilm 12 auf ein Halbleitersubstrat 11 aufgebracht, wie die 1a zeigt, und zwar durch ein CVD-Verfahren (Chemical-Vopour-Deposition-Verfahren). Sodann wird auf den Metallfilm 12 gemäß 1b ein Fotoresistfilm 13 aufgetragen.
  • Danach wird eine Maske 14 mit einem gewünschten Muster auf die Oberfläche des Fotoresistfilms 13 gelegt, der auf dem Metallfilm 12 liegt, wie 1c erkennen läßt.
  • Schließlich wird der Fotoresistfilm 13 belichtet und entwickelt, und zwar in dieser Reihenfolge, nachdem die Maske 14 auf dem Fotoresistfilm 13 ausgerichtet worden ist, um das Fotoresistmuster 13-1 gemäß 1d zu erhalten. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Metallfilm 12 anisotrop geätzt, und zwar unter Verwendung des Fotoresistmusters 13-1 als Ätzmaske. Dadurch wird ein Metallfilmmuster 12-1 gemäß 1e erhalten. Die verbleibende Fotoresistschicht ist vorher abgetragen worden.
  • Die oben beschriebene Bildung des Metallmusters ist jedoch nicht problemfrei.
  • Zum einen gelangt während des Belichtungsprozesses Licht in denjenigen Bereich 13-2 des Fotoresists 13, der im nachfolgenden Entwicklungsprozeß entfernt werden soll, während andererseits das zur Belichtung dienende Licht diffus reflektiert wird, und zwar in Richtung des Fotoresistmusters 13-1, das im nachfolgenden Entwicklungsprozeß stehenbleiben soll und zur Bildung des Metallfilms 12 dient, wie die 1c erkennen läßt.
  • Im Ergebnis wird also das Fotoresistmuster 13-1 durch diffus reflektiertes Licht bestrahlt, das aus dem Bereich 13-2 kommt, wodurch sich im Fotoresistmuster 13-1 Kerben bzw. Ausnehmungen, und dergleichen, bilden.
  • Üblicherweise wird eine Antireflexionsbeschichtung (ARC – Anti-Reflecting Coating) verwendet, um diesem Problem entgegenzuwirken, wenn zur Bildung eines Metallmusters ein fotolithographischer Prozeß ausgeführt wird. Für die Antireflexionsbeschichtung kann anorganisches Material zum Einsatz kommen, welches die Lichtreflexion am Metallfilm reduziert, der unterhalb des Fotoresistmusters liegt, oder ein organisches Material, das z. B. ein Polymer oder dergleichen ist.
  • Die 2a bis 2c erläutern einen Prozeß, bei dem ein Metallmuster unter Verwendung einer anorganischen Antireflexionsbeschichtung hergestellt wird.
  • Gemäß 2a wird zunächst auf die Oberfläche eines Halbleitersubstrats 21 ein Metallfilm 22 aufgebracht, und zwar mit Hilfe eines CVD-Verfahrens. Wie bereits erwähnt, wird beim Belichtungsvorgang Licht am Metallfilm reflektiert, was zu dem genannten Kerbphänomen im Bereich des Fotoresistmusters führt.
  • Um dies zu verhindern, wird in einem weiteren Schritt auf den Metallfilm 22 ein ARC-Film 23 mit vorbestimmter Dicke aufgebracht, also eine Anti reflexionsbeschichtung, die z. B. aus TiN, Si3N4 oder aus TiW bestehen kann.
  • Schließlich wird ein Fotoresistfilm 24 auf den ARC-Film 23 aufgebracht, wie die 2b erkennen läßt. Dieser Fotoresistfilm 24 wird einem fotolithographischem Prozeß unterworfen und anschließend einem Ätzprozeß unter Verwendung einer ein Muster enthaltenden Maske, um auf diese Weise ein Fotoresistmuster 24-1 zu erhalten, wie die 2c zeigt.
  • Danach werden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, der ARC-Film 23 und der Metallfilm 22 geätzt, und zwar unter Verwendung des Fotoresistmusters 24-1 als Ätzmaske, um ein ARC-Filmmuster und ein Metallfilmmuster zu bilden. Sodann wird das verbleibend ARC-Filmmuster entfernt, so daß nur noch das gewünschte Metallfilmmuster vorliegt.
  • Wie bereits oben erwähnt, wird bei der Bildung eines Metallmusterfilms unter Verwendung eines ARC-Films der Vorteil erzielt, daß sich keine Kerben bzw. Ausnehmungen mehr im Fotoresistmuster 24-1 bilden können, das nach dem Entwicklungsprozeß stehenbleibt, da der ARC-Film 23 die diffuse Reflexion des Lichts reduziert, das in den Bereich 24-2 des Fotoresistfilms 24 einfällt, der mit dem Entwicklungsprozeß beseitigt wird. Insofern ergibt sich hier ein Unterschied zu dem in den 1a bis 1e beschriebenen Verfahren.
  • Allerdings muß dafür der Nachteil in Kauf genommen werden, daß der ARC-Film 23 auf dem Metallfilm 22 mit exakter Dicke hergestellt werden muß, um die Lichtreflexion zu beseitigen oder sie vorzugsweise so zu steuern, daß ein bestimmter Reflexionsgrad erzielt wird.
  • Ganz beseitigen läßt sich die Lichtreflexion allerdings nicht, da das reflektierte Licht eine konstante Reflexionsrichtung aufweist und darüber hinaus Licht am ARC-Film 23 reflektiert wird, der unterhalb des Fotoresistfilms 24-2 liegt, der bei Durchführung des Entwicklungsprozesses entfernt wird.
  • Deswegen kann nach wie vor das oben erwähnte Problem der Bildung von Kerben bzw. Ausnehmungen auftreten, obwohl ein ARC-Film 23 auf dem Metallfilm 22 liegt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Bildung eines Metallmusterfilms bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung anzugeben, durch das das oben erwähnte Kerb- bzw. Rißbildungsphänomen im Fotoresistmuster noch weiter verringert werden kann.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Beim Verfahren nach der Erfindung kommt als Antireflexionsfilm ein poröses Antireflexionsfilm zum Einsatz.
  • Vorzugsweise kann als Antireflexionsfilm (ARC-Film bzw. Anti-Reflection-Coating-Film) ein poröses Oxid bei niedriger Temperatur auf dem Metallfilm gebildet werden. Der Antireflexionsfilm (ARC-Film) kann z. B. aus O3 TEOS hergestellt sein.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1a bis 1e Darstellungen zur Erläuterung eines konventionellen Verfahrens zur Herstellung eines Metallfilmmusters,
  • 2a bis 2e Darstellungen zur Erläuterung eines weiteren konventionellen Verfahrens zur Herstellung eines Metallfilmmusters unter Einsatz eines Antireflexionsbeschichtungs-Prozesses, und
  • 3a bis 3e Querschnittsdarstellungen zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildung eines Metallmusters bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung.
  • Die 3a bis 3c zeigen ein verbessertes Verfahren zur Bildung eines Metallmusters unter Verwendung eines porösen ARC-Films.
  • Entsprechend der 3a wird ein Metallfilm 32 auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats 31 gebildet, und zwar unter Einsatz eines CVD-Verfahrens (Chemical-Vopour-Deposition-Verfahren). Anschließend wird auf den Metallfilm 32 bei niedriger Temperatur ein ARC-Film 33 bzw. Antireflexionsfilm aufgebracht, der aus porösem Material besteht, vorzugsweise aus porösem Oxid, z. B. aus O3 TEOS.
  • In einem nächsten Verfahrensschritt wird ein Fotoresistfilm 34 auf den ARC-Film 33 niedergeschlagen, wie die 3b erkennen läßt. Sodann wird der Fotoresistfilm 34 einem fotolithographischen Prozeß unterworfen, wobei eine Maske mit einem vorbestimmten Muster zum Einsatz kommt, um auf diese Weise ein Fotoresistmuster 34-1 zu erzeugen, das in 3c zu erkennen ist.
  • Schließlich werden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, der Metallfilm 32 und der ARC-Film 33 strukturiert bzw. weggeätzt, und zwar unter Verwendung des verbleibenden Fotoresistmusters 34-1 als Ätzmaske, wonach der verbleibende ARC-Film 33 entfernt wird, um den gewünschten Metallmusterfilm zu erhalten.
  • Da nach der Erfindung als Material für den ARC-Film 33 ein poröses Material bzw. ein poröses Oxid zum Einsatz kommt, weist die Oberfläche des ARC-Films 33 eine zerklüftete bzw. rauhe Struktur auf, wie in 3b eingezeichnet ist. Entsprechend der 3b wird somit das Licht diffuser reflektiert, besitzt also nicht mehr so eine starke Richtwirkung, und zwar an derjenigen Oberfläche des ARC-Films 33, die sich unterhalb des Teils 34-2 des Fotoresists befindet, der im Entwicklungsprozeß später entfernt wird. Im Vergleich zum Verfahren nach 2 erfolgt also erfindungsgemäß eine stärkere Zerstreuung des Lichts an der Oberfläche des ARC-Films 33, so daß keine Vorzugsrichtung mehr vorhanden ist.
  • Die am ARC-Film 33 ohne Vorzugsrichtung reflektierten Lichtstrahlen beeinflussen sich gegenseitig so, daß diejenigen Lichtkomponenten, die im Fotoresistmuster die oben erwähnten Kerben bzw. Ausnehmungen verursachen, im wesentlichen beseitigt werden.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein ARC-Film 33 als Antireflexionsfilm verwendet, dessen morphologischer Zustand bzw. Oberflächenzustand ein poröser Zustand ist, wobei der ARC-Film 33 aus anorganischem Material hergestellt ist. An diesem Film erfolgt somit eine Lichtstreuung, die keine Vorzugsrichtung aufweist, so daß es möglich ist, das Phänomen der Bildung von Kerben bzw. Ausnehmungen im Fotoresistmuster zu verhindern.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Bildung eines Metallmusters bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung, mit folgenden Schritten: – Bildung eines Metallfilms (32) auf einem Halbleitersubstrat (31), – Bildung eines porösen Antireflexionsfilms (33) auf dem Metallfilm (32), – Bildung eines Fotoresistfilms (34) auf dem porösen Antireflexionsfilm (33), – der Fotoresistfilm (34) wird einem fotolithographischen Prozeß unterworfen, um ein Fotoresistmuster (34-1, 34-2) zu erhalten, – der Antireflexionsfilm (33) und der Metallfilm (32) werden unter Verwendung des Fotoresistmusters als Ätzmaske strukturiert, um ein Antireflexionsfilmmuster und ein Metallfilmmuster zu erhalten, und – es wird das Antireflexionsfilmmuster entfernt, so daß nur das Metallfilmmuster verbleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antireflexionsfilm (33) (ARC-Film) ein poröses Oxid bei niedriger Temperatur auf dem Metallfilm (32) gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antireflexionsfilm (33) aus O3 TEOS hergestellt ist.
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