DE10100822C2

DE10100822C2 - Plasmaätzverfahren für MoSi(ON)-Schichten

Info

Publication number: DE10100822C2
Application number: DE10100822A
Authority: DE
Inventors: Josef Mathuni; Guenther Ruhl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2001-01-10
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: DE10100822A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plasmaätzverfahren für die Herstellung einer Halbton-Phasenmaske mit einer Chrom- Schicht auf einer MoSi(ON)-Schicht auf einem Substrat durch Ätzen eines Musters in der MoSi(ON)-Schicht, wobei die Chrom- Schicht als Hartmaske verwendet wird.

Aus J. Electrochem. Soc. 135 (1988), Seiten 2373-2378, ist ein anisotroper reaktiver Ionenätzprozeß von MoSi₂ unter der Verwendung von Cl₂ und BCl₃ bekannt, wobei erwähnt wird, daß fluorhaltige Gase und/oder Sauerstoff dem Ätzgas zugesetzt werden können.

J. Electrochem. Soc. 131 (1984), Seiten 375-380, beschreibt ebenfalls das Ätzen von MoSi₂ mittels verschiedener Chlor- Verbindungen, welche selektiv wirken.

Die DE 196 32 845 A1 offenbart eine mit Phasenverschiebung arbeitende Halbtonmaske sowie ein entsprechendes Herstel lungsverfahren, bei dem Chrom als erste Lichtabschirmungs schicht auf MoSi(ON) als zweite Lichtabschirmungsschicht vor gesehen ist. Die MoSi(ON)-Schicht wird selektiv geätzt.

Zur Herstellung von Halbton-Phasenmasken wird die MoSi(ON)- Phasenschieberschicht unter Verwendung einer Chrom-Maske bzw. einer mit Lack (Foto-, Röntgen-, Elektronen- oder Ionen-Li thographie-Lack) beschichteten Chrom-Maske mittels Plasmaät zen strukturiert. Dabei ist von entscheidender Bedeutung für die Phasenschiebereigenschaften der Maske, dass das darunter liegende SiO₂-Glas-Substrat nur in geringstem Maße angeätzt wird. Dazu ist eine hohe Selektivität des Plasmaätzprozesses notwendig. Des weiteren soll im Zuge der immer kleiner wer denden minimalen Strukturgrößen kein Maßverlust auftreten. Das heißt, dass keine Unterätzung der Phasenschieberschicht unter die maskierende Chromschicht stattfinden soll.

Bisher ist es nur möglich, entweder eine geringe Ätzselekti vität zu erreichen oder einen Maßverlust hinzunehmen. Eine hohe Selektivität wird erreicht durch die Verwendung von po lymerarmen Ätzchemien wie z. B. SF₆, wobei die Kathodenleis tung (RF-Bias) des Plasmaätzers niedrig ist. Diese Ätzprozes se sind jedoch teilweise isotrop und zeigen daher ein ausge prägtes Unterätzverhalten der Chrommaske und damit einen Maß verlust. Eine Unterätzung wird durch die Verwendung polymer reicher Ätzchemien wie z. B. CHF₃/O₂ oder CF₄/O₂ vermieden, wo bei die Kathodenleistung höher eingestellt wird. Dadurch zei gen diese Prozesse jedoch eine schlechte Ätzselektivität zum SiO₂-Substrat, was den Prozess schwer beherrschbar macht. Bei einem zu starken Ätzabtrag des SiO₂-Substrates fällt der resultierende Phasenwinkel des SiO₂-/MoSi(ON)-Übergangs aus der geforderten Toleranz.

Auch die Kombination von polymerreichen Ätzchemien und poly merarmen Ätzchemien bringt keine ausreichende Abhilfe in Be zug auf die Unterätzungen der Chromschicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren an zugeben, mit dem eine Halbton-Phasenmaske mit MoSi(ON)-Pha senschieberschicht mit hoher Ätzselektivität und ohne Maßver lust hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf dem Einsatz einer auf Chlor basierenden Ätzchemie. Dadurch wird bei einer hohen Ätzselektivität gegenüber SiO₂ eine Unterätzung der Chrommas kierung und damit ein Maßverlust vermieden.

Während Chrom bisher schon mit Chlor-Verbindungen (insbeson dere Cl₂) unter Beimengung von mehr als 10 Vol.-% O₂ geätzt wird, wurden Chlor-Verbindungen zum Ätzen von MoSi(ON) beim Stand der Technik noch nicht verwendet. Stattdessen wurden bisher Fluor-Plasmen verwendet. Im Unterschied zu Fluor- Plasmen reagieren Chlor-Plasmen nicht spontan mit dem Mo Si(ON)-Substrat, sondern erst bei Anlegen einer bestimmten Kathodenleistung, d. h. bei einer bestimmten Mindestenergie der Ionen. Dadurch wird eine anisotrope Ätzcharakteristik er reicht.

Ohne oder mit nur geringen Beimengungen von O₂ werden beim Ätzen mit Chlor-Verbindungen keine flüchtigen Chromoxidchlo ride gebildet, und Chrom kann als Maske (hard mask) für das Ätzen der MoSi(ON)-Schicht dienen. Die Selektivität zur Chrom-Maske wird durch das weitgehende Weglassen von O₂ so hoch, dass der Lack auch wahlweise nach dem Chrom-Ätzen ent fernt werden kann und nunmehr das Chrom allein als Maske dient.

Zur Verbesserung der Selektivität, der Flankenform und der Gleichmäßigkeit der Ätzung werden dem Chlorplasma vorzugswei se weitere Gase zugesetzt. Diese sind in erster Linie Inert gase, wie z. B. die Edelgase He und Ar bzw. Stickstoff, oder es sind polymerhaltige Gase, wie z. B. CH₄, und fluorhaltige Gase, wie z. B. SF₆, die in kleinen Mengen zugesetzt werden. Ferner kann der Chlor-Verbindung O₂ in kleinen Mengen zuge setzt (von etwa 1 Vol.-%) werden.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Prozesses liegt darin, dass der Ätzprozess für die Strukturierung der MoSi(ON)-Maske in demselben Ätzreaktor wie der Ätzprozess für die Strukturie rung der Chrom-Maske mittels Cl₂-Chemie durchgeführt werden kann. Gleichzeitig hat die Verwendung von Chlor-Verbindungen den Vorteil, dass ein polymerfreies bzw. bei mit Lack be schichteten Chrom-Masken polymerarmes Plasma vorliegt, so dass die folgende Resist-Entfernung im Gegensatz zu polymer haltigen Fluor-Plasmen vereinfacht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei spiels, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1A zeigt einen Querschnitt durch die Halbton-Phasenmaske nach dem Belichten und Entwickeln,

Fig. 1B zeigt den Querschnitt durch die Halbton-Phasenmaske nach dem Ätzen des Chroms,

Fig. 1C zeigt den Querschnitt durch die Halbton-Phasenmaske nach dem Ätzen des MoSi(ON),

Fig. 1D zeigt einen Querschnitt durch die Halbton-Phasenmaske nach dem konventionellen SF₆-Overetch-Ätzen des MoSi(ON).

Fig. 1A bis 1D zeigen jeweils den Querschnitt durch Schichten eines Maskenrohlings mit einem SiO₂-Substrat 1, einer Mo Si(ON)-Schicht 2 und einer Chrom-Schicht 3. In der MoSi(ON)- Schicht 2 und der Chrom-Schicht 3 wird ein gewünschtes Muster für die Herstellung einer Halbton-Phasenmaske (Attenuated Phasenmaske o. ä.) für die Verwendung zur Belichtung von Wa fern erzeugt. Dieses Muster wird seinerseits durch Belichten des Maskenrohlings hergestellt. Dazu wird auf der Chrom- Schicht 3 eine Schicht 4 Lack aufgebracht (durch spin-on coa ting o. ä.), die belichtet, entwickelt und gespült wird, um nach erfolgtem Ätzen der Chrom-Schicht 3 die dann freiliegen den Bereiche und der MoSi(ON)-Schicht 2 zu entfernen.

In Fig. 1D ist das Ergebnis eines solchen Verfahrens mit den herkömmlichen, polymerarmen Ätzgasen wie SF₆ gezeigt. Durch diese polymerarmen Ätzchemien wird bei niedriger Kathoden leistung (RF-Bias) des Plasmaätzers eine hohe Selektivität gegenüber SiO₂ von mehr als 3 : 1 erreicht. Der Nachteil dieser Ätzprozesse ist jedoch, dass das Ätzen zumindest teilweise isotrop erfolgt und daher ausgeprägte Unterätzungen (Under cut) der Chrommaske auftreten. Eine solche Unterätzung 5 ist in Fig. 1D gezeigt. Diese Unterätzungen 5 bedeuten einen ho hen Maßverlust mit der Folge, dass die mit der Halbton- Phasenmaske auf den Wafer später abgebildete Struktur nicht mehr wohl definiert ist und es deshalb zu Fehlern auf dem Wa fer kommen kann: die so erzeugte Halbton-Phasenmaske ist nur bedingt einsetzbar.

Beim erfindungsgemäßen Plasmaätzverfahren für die Herstellung einer Halbton-Phasenmaske erfolgt daher das Ätzen des Mus ters in der MoSi(ON)-Schicht 2 mit einer Chlor-Verbindung bei einer vorgegebenen Kathodenleistung von wenigstens 20 W. Die auf Chlor basierende Ätzchemie ist genügend anisotrop, so dass beim Ätzen der MoSi(ON)-Schicht 2 eine Unterätzung der Chrom-Schicht 3 und damit ein Maßverlust vermieden wird. Da die Chlor-Plasmen im Unterschied zu den bisher verwendeten Fluor-Plasmen nicht spontan mit dem MoSi(ON)-Substrat reagie ren, wird erfindungsgemäß eine Kathodenleistung von mehr als 20 W in den Plasma-Ätzreaktor eingekoppelt, d. h. die Ionen werden so auf eine Mindestenergie gebracht.

Das anisotrope Plasma-Ätzen mit Chlor-Verbindungen des er findungsgemäßen Verfahrens ohne Polymere stoppt auf der SiO₂- Schicht 1, so dass eine hohe (von der Ionenenergie abhängige) Selektivität erreicht wird, wobei trotz der mit Lack 4 be schichteten Chrom-Masken 3 das Plasma polymerarm ist.

Als Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren in einem ICP- Ätzreaktor sind in der folgenden Tabelle 1 Parameter für den Ätz-Prozess angegeben.

Tabelle 1

Das Ätzen erfolgt bevorzugt in zwei Schritten: in einem ers ten Schritt des Plasmaätzverfahrens wird die Kathodenleistung (Bias Power) auf einen Wert zwischen 70 und 300 W einge stellt, der Druck in der Ätzkammer beträgt beispielsweise zwischen 0,5 und 1 Pa; in dem folgenden zweiten Schritt des Plasmaätzverfahrens wird die Kathodenleistung dann auf einen Wert zwischen 20 und 70 W eingestellt, und der Druck in der Ätzkammer beträgt beispielsweise zwischen 1 und 2 Pa. In dem ersten Schritt wird aufgrund der höheren Kathodenleistung eine höhere Anisotropie beim Ätzen (die Kanten der geätzten Strukturen werden steiler) sichergestellt, in dem zweiten Schritt wird bei der niedrigeren Kathodenleistung eine gute Selektivität beim Ätzen sichergestellt (das Quarz-Substrat wird nicht angeätzt).

Wie aus Fig. 1A bis 1C ersichtlich, wird der Lack 4 bei jedem Ätzschritt gedünnt. Als eigentliche Maske für das Ätzen von MoSi(ON) 2 dient daher das Chrom 3, auch wenn noch Rest-Lack 4 von dem Ätzen des Chroms 3 vorhanden ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit, durch den Einsatz einer Chlor-basierten Ätzchemie bei erhöhter Katho denleistung die anisotrope Ätzung von MoSi(ON) ohne Maßver lust mit einer hohen Ätzselektivität zum SiO₂-Substrat zu kombinieren.

Bezugszeichenliste

1

Quarz (Substrat)

2

MoSi(ON)

3

Chrom

4

Fotolack

5

Unterätzung (Undercut)

Claims

1. Plasmaätzverfahren für die Herstellung einer Halbton- Phasenmaske mit einer Chrom-Schicht (3) auf einer MoSi(ON)- Schicht (2) auf einem Substrat (1) durch Ätzen eines Musters in der MoSi(ON)-Schicht (2) mit einem Ätzgas in einem Plas ma-Ätzreaktor, mit den Schritten:
Vorsehen einer Maske (4) auf der Chromschicht (3);
Ätzen der Chromschicht (3) mit einem chlorhaltigen Plasma zur Ausbildung einer Hartmaske aus der Chromschicht (3);
selektives Ätzen des Musters in der MoSi(ON)-Schicht (2) un ter Verwendung der Hartmaske in dem chlorhaltigen Plasma, wo bei das Ätzen bei einer vorgegebenen Kathodenleistung von we nigstens 20 W erfolgt.

2. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoff gehalt beim selektiven Ätzen des Musters O₂ in kleinen Mengen von vorzugsweise 1 Volumenprozent zugesetzt wird.

3. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem chlorhaltigen Plasma wenigstens ein Inertgas zugesetzt wird.

4. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 3, bei dem das wenigstens eine Inertgas wenigstens eines der Edelgase He und Ar um fasst.

5. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine Inertgas Stickstoff umfasst.

6. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 1, wobei dem chlorhalti gen Plasma polymerhaltige Gase zugesetzt werden.

7. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 5, wobei die polymerhal tigen Gase CH₄ umfassen.

8. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 1, wobei dem chlorhalti gen Plasma fluorhaltige Gase in kleinen Mengen zugesetzt wer den.

9. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 8, wobei die fluorhalti gen Gase SF₆ umfassen.

10. Plasmaätzverfahren nach einem der vorangehenden Ansprü che, wobei die Maske (4) eine Photolackmaske ist und beim se lektiven Ätzen des Musters auf der Hartmaske belassen wird.

11. Plasmaätzverfahren nach einem der vorangehenden Ansprü che, wobei das selektive Ätzen des Musters in zwei Schritten durchgeführt wird und das Ätzen im ersten Schritt bei einer vorgegebenen Kathodenleistung zwischen 70 W und 300 W und im zweiten Schritt bei einer vorgegebenen Kathodenleistung zwischen 20 W und 70 W erfolgt.

12. Plasmaätzverfahren nach Anspruch 11, wobei das Ätzen im ersten Schritt bei einem vorgegebenen Druck zwischen 0,5 Pa und 1 Pa und im zweiten Schritt bei einem vorgegebenen Druck zwischen 1 Pa und 2 Pa erfolgt.