DE10125372A1

DE10125372A1 - Substanz zur Verwendung als Antireflexionsschicht, Substrat mit einer Antireflexionsschicht und Verfahren zur Herstellung einer Antireflexionsschicht

Info

Publication number: DE10125372A1
Application number: DE10125372A
Authority: DE
Inventors: Recai Sezi; Andreas Walter
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: US20020198294A1; US6835456B2; DE10125372B4

Abstract

Es wird eine Antireflexionsschicht (15), die Polyhydroxyamid oder Polybenzoxazol umfaßt und mindestens eine der Substanzen Methin oder ein Methinderivat oder Azomethin oder ein Azomethinderivat oder Cumarin oder ein Cumarinderivat oder Triphenylmethan oder ein Triphenylmethanderivat oder eine Azoverbindung enthält, auf eine Substratoberfläche (10) eines Substrats (5) aufgebracht.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Substanz zur Verwen dung als Antireflexionsschicht, ein Substrat mit einer Anti reflexionsschicht und ein Verfahren zur Herstellung einer An tireflexionsschicht.

In der Fotolithographie werden zur Strukturierung sogenannte Fotolacke beziehungsweise Resists belichtet und anschließend entwickelt. Bei der Belichtung können Reflexionen von Schich ten, die unter dem Fotolack angeordnet sind, die Strukturqua lität und die Abbildungstreue der abzubildenden Strukturen deutlich verschlechtern. Üblicherweise werden Antireflexions schichten verwendet, um die durch Lichtreflexionen bedingte Verschlechterung der Strukturqualität zu vermindern.

Antireflexionsschichten (Anti Reflective Coating: ARC) haben die Aufgabe, das Licht der zur Belichtung des Fotoresists verwendeten Wellenlänge zu absorbieren. Dabei müssen sie mit dem Fotolack gut verträglich sein und in der erwünschten Schichtdicke gleichmäßig auftragbar sein. Eine Verträglich keit zwischen der Antireflexschicht und dem Fotolack umfaßt, daß der Fotolack und die Antireflexionsschicht übereinander geschichtet werden können, ohne daß es zu einer Ablösung der Schichten voneinander oder zur Bildung einer undefinierten oder gar unlöslichen Grenzschicht zwischen den beiden Schich ten kommt.

Für sogenannte Chemical Amplification Resists (CAR) wäre es nachteilig, wenn die Antireflexionsschicht Komponenten ent hält beziehungsweise freisetzt, welche die Performanz des Chemical Amplification Resists beeinträchtigen. Chemical Am plification Resists arbeiten zum Beispiel nach dem Prinzip der Säurekatalyse, wobei während der Belichtung eine starke Säure gebildet wird. Dementsprechend sollte für Chemical Am plification Resists die Antireflexionsschicht nicht basisch reagieren und die Säure neutralisieren.

Üblicherweise werden in der Fotolithographie unterschiedliche Wellenlängen zur Belichtung eines Resists verwendet. Daher ist es vorteilhaft, Antireflexionsschichten herzustellen, die für den Einsatz bei unterschiedlichen Wellenlängen geeignet sind.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, einen Resist aus einem Bottom Resist und einem Top Resist herzustellen. Hier bei wird der Bottom Resist zuerst auf das Substrat aufge bracht und auf ihn nachfolgend der Top Resist angeordnet. Un ter dem Bottom Resist wird bei einem Mehrlagensystem die un tere beziehungsweise die unterste Resistschicht verstanden. Der Bottom Resist ist üblicherweise nicht selbst fotoreaktiv. Wird zum Beispiel ein Resist aus zwei Lagen gebildet, so wird der Top Resist belichtet und reagiert fotoreaktiv, so daß er nachfolgend entwickelt werden kann. Die somit im Top Resist entstandene Struktur wird üblicherweise nachfolgend durch ge eignete Prozeßschritte in den darunterliegenden Bottom Resist übertragen. Hierzu kann beispielsweise reaktives Ionenätzen mit einem Sauerstoffplasma verwendet werden, falls der Top Resist gegen dieses Plasma stabil ist und der Bottom Resist mittels des Plasmas geätzt werden kann. Ist der Top Resist beispielsweise siliziumhaltig, so kann das reaktive Ionenät zen in sauerstoffhaltigem Plasma zur Strukturierung des Bot tom Resist durchgeführt werden.

Verbleibt der Bottom Resist beziehungsweise die Antirefle xionsschicht auf dem Substrat, so muß er eine hohe Tempera turstabilität aufweisen, die zumindest eine nachfolgende Ab scheidung von Siliziumoxid oder Siliziumnitrid zur Passivie rung eines Halbleitersubstrats überstehen kann.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Substanz anzugeben, die als Antireflexionsschicht verwendbar ist, ein Substrat mit einer Antireflexionsschicht anzugeben, sowie ein Verfah ren zur Herstellung einer Antireflexionsschicht anzugeben, wobei die Absorptionswellenlänge der Antireflexionsschicht einstellbar ist und die Antireflexionsschicht für Temperatu ren über 400°C temperaturstabil ist.

Bezüglich der Substanz wird die Aufgabe gelöst durch eine Substanz, umfassend Polyhydroxyamid oder Polybenzoxazol und mindestens einen der Stoffe Methin oder ein Methinderivat oder Azomethin oder ein Azomethinderivat oder Cumarin oder ein Cumarinderivat oder Triphenylmethan oder ein Triphenyl methanderivat oder eine Azoverbindung, wobei die Substanz als Antireflexionsschicht verwendbar ist.

Hierbei dient Polyhydroxyamid beziehungsweise Polybenzoxazol als Basissubstanz, in der mindestens eine der genannten Sub stanzen, die auch als Farbstoff bezeichnet werden können, eingebettet ist. Die Basismaterialien weisen den Vorteil auf, daß sie eine Temperaturstabilität für Temperaturen über 450 °C und über 480°C ermöglichen. Durch die Einbettung minde stens eines der genannten Materialien kann eine hohe Absorp tion von Licht in einem sehr breiten Wellenlängenbereich un terhalb von 450 nm Lichtwellenlänge ermöglicht werden.

Bezüglich des Substrats wird die Aufgabe gelöst durch ein Substrat, auf das eine Antireflexionsschicht angeordnet ist, die Polyhydroxyamid oder Polybenzoxazol und mindestens eine der Substanzen Methin oder Methinderivate oder Azomethin oder Azomethinderivate oder Cumarin oder Cumarinderivate oder Tri phenylmethan oder Triphenylmethanderivate oder Azoverbindun gen umfaßt.

Hierdurch ist die Schicht als Antireflexionsschicht mit her vorragenden Eigenschaften ausbildbar. Weiterhin weist die er findungsgemäße Antireflexionsschicht eine Dielektrizitätskonstante von beispielsweise kleiner als 3 auf, wodurch elektri sche Kopplungen durch die Antireflexionsschicht hindurch re lativ gering sind. Bei einer Beschichtung der erfindungsgemä ßen Antireflexionsschicht mit einem Fotolack bildet sich vor teilhafterweise und überraschenderweise keine Zwischenschicht an der Grenze zwischen Fotolack und Antireflexionsschicht.

Im Vergleich dazu könnte es bei der Beschichtung eines reinen Polyhydroxyamids zu der Ausbildung einer Zwischenschicht kom men. Die Zwischenschicht wir beispielsweise dann gebildet, wenn der Fotolack mit der Antireflexionsschicht reagiert oder der Fotolack die Antireflexionsschicht oberflächlich anlöst, so daß in besagtem Reaktionsgebiet beziehungsweise dem Lö sungsgebiet die Zwischenschicht gebildet wird. Die Zwischen schicht ist beispielsweise schwer löslich und verbleibt gege benenfalls auf der Antireflexionsschicht zurück. Weiterhin kann die Zwischenschicht die Belichtungseigenschaften des Fo tolacks nachteilig beeinflussen. Daher ist es vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Antireflexionsschicht chemisch inert gegenüber Fotolacken ist.

Somit zeigt die erfindungsgemäße Mischung eines Basispolymers mit einem Farbstoff einen unerwarteten positiven Effekt. Dar über hinaus ist die Lichtabsorption der erfindungsgemäßen An tireflexionsschicht höher als aus der einfachen Kombination der Absorption der einzelnen Komponenten zu erwarten wäre.

In Mehrlagensystem haben Bottom Resists zusätzlich die Aufga be, als Antireflexionsschicht zu wirken. Folglich gelten für den Bottom Resist auch die Anforderungen, die an eine Antire flexionsschicht gestellt werden.

Folglich ist es vorteilhaft, wenn eine Antireflexionsschicht beziehungsweise ein Bottom Resist auf dem Substrat sehr gut haftet und später beispielsweise mittels einer Ätzung ent fernbar ist.

Weiterhin ist es wünschenswert und vorteilhaft, wenn der Bot tom Resist beziehungsweise die Antireflexionsschicht nach ih rer Verwendung als Antireflexionsschicht und Ätzmaske auf dem Substrat verbleiben kann. In diesem Fall kann der Bottom Re sist zum Beispiel als elektrische Isolation oder als mechani scher Schutz wirken.

Bezüglich des Verfahrens wird die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats mit einer Antireflexionsschicht mit den Schritten:

- Herstellen einer Lösung von Polyhydroxyamid und mindestens einer der Substanzen Methin oder einem Methinderivat oder Azomethin oder einem Azomethinderivat oder Cumarin oder ei nem Cumarinderivat oder Triphenylmethan oder einem Triphe nylmethanderivat oder einer Azoverbindung in einem Lösungs mittel;
- Beschichten des Substrats mit der Lösung, so daß eine Anti reflexionsschicht auf dem Substrat aufgebracht wird.

Die auf dem Substrat aufgebrachte Lösung ist als Antirefle xionsschicht verwendbar und weist die im Zusammenhang mit der Lösung des gegenständlichen Anspruchs beschriebenen Vorteile auf.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Antirefle xionsschicht und das Substrat getrocknet werden. Hierdurch wird die Dauerhaftigkeit der Antireflexionsschicht verbes sert.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Antirefle xionsschicht während der Trocknung nur auf Temperaturen klei ner 250°C erwärmt wird. Dadurch wird eine Umwandlung des in der Antireflexionsschicht enthaltenen Polyhydroxyamids in Po lybenzoxazol vermieden. Dies weist den Vorteil auf, daß Poly hydroxyamid mittels eines organischen Lösungsmittels wie zum Beispiel N-Methylpyrrolidon besser ablösbar ist als Polyben zoxazol.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Antirefle xionsschicht auf eine Temperatur von mindestens 250°C er wärmt wird. Hierdurch wird die Kondensation von Polyhydroxya mid in Polybenzoxazol ermöglicht. Polybenzoxazol weist gegen über Polyhydroxyamid den Vorteil einer erhöhten Ätzresistenz auf. Beispielsweise ist Polybenzoxazol chemisch resistent ge gen eine Vielzahl von Säuren, Basen und organischen Lösungs mitteln, die beispielsweise in Fotolacken enthalten sind oder zur Entfernung von Fotolacken geeignet sind. Weiterhin ist Polybenzoxazol thermisch wesentlich stabiler als Polyhy droxyamid und für Temperaturen von bis zu 500°C thermisch stabil.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß das Lösungsmit tel N-Methylpyrrolidon (NMP) oder g-Butyrolacton oder Cyclo hexanon oder Ethyllactat oder Diethylenglykolmonoether oder Diethylenglykoldiethylether oder eine Kombination der genann ten Stoffe enthält. Die genannten Lösungsmittel beziehungs weise die Kombination der Lösungsmittel sind in vorteilhafter Weise dazu geeignet, Polyhydroxyamid und die genannten Farb stoffe beziehungsweise farbstoffähnlichen Komponenten zu lö sen.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Lösung vor dem Beschichten des Substrats filtriert wird. Durch diesen Verfahrensschritt werden eventuelle Verunreinigungen heraus gefiltert, wodurch die Qualität der Lösung verbessert wird.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Lösung auf das Substrat aufgeschleudert wird.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Lösung auf das Substrat aufgesprüht wird.

Ein weiterer Verfahrensschritt sieht vor, daß die Lösung auf das Substrat aufgepinselt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Ge genstand der jeweiligen Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur und anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Substrat mit einer Substratoberfläche, auf der eine Antireflexionsschicht und eine Resistschicht an geordnet sind.

In der Figur ist ein Substrat 5 dargestellt, das eine Sub stratoberfläche 10 aufweist. Auf der Substratoberfläche 10 ist die erfindungsgemäße Antireflexionsschicht 15 angeordnet. Auf der Antireflexionsschicht 15 ist eine Resistschicht 20 angeordnet. Die Resistschicht 20 ist beispielsweise fotoreak tiv, so daß sie für einen Belichtungsprozeß verwendbar ist. Erfindungsgemäß enthält die Antireflexionsschicht 15 Polyhy droxyamid oder Polybenzoxazol, wobei zusätzlich mindestens eine der Substanzen Methin oder ein Methinderivat oder Azome thin oder ein Azomethinderivat oder Cumarin oder ein Cumarin derivat oder Triphenylmethan oder ein Triphenylmethanderivat oder eine Azoverbindung oder eine beliebige Kombination die ser Stoffe in der Antireflexionsschicht 15 enthalten ist. Die genannten Zusatzstoffe werden auch als Farbstoffe bezeichnet.

Zur Herstellung der in der Figur dargestellten Anordnung wird eine Lösung hergestellt, die Polyhydroxyamid und mindestens eine der Substanzen Methin oder ein Methinderivat oder Azome thin oder ein Azomethinderivat oder Cumarin oder ein Cumarin derivat oder Triphenylmethan oder ein Triphenylmethanderivat oder eine Azoverbindung enthält. Als Lösungsmittel der Lösung ist beispielsweise N-Methylpyrrolidon oder g-Butyrolacton oder Cyclohexanon oder Ethyllactat oder Diethylenglykolmonoe ther oder Diethylenglykoldiethylether verwendbar.

Die Lösung wird nachfolgend filtriert, um Verunreinigungen aus der Lösung zu entfernen. Nachfolgend wird die Substrat oberfläche 10 des Substrats 5 mit der Lösung beschichtet, wo bei die Antireflexionsschicht 15 auf der Substratoberfläche 10 aufgebracht wird. Die Beschichtung der Substratoberfläche 10 mit der Antireflexionsschicht 15 kann beispielsweise mit tels Aufschleudern, mittels Aufsprühen oder mittels Aufpin seln durchgeführt werden. Nachfolgend wird die Antirefle xionsschicht 15 und das Substrat 5 getrocknet. Die Antirefle xionsschicht 15 wird auf eine Temperatur von mindestens 250 °C erwärmt, wodurch das in der Antireflexionsschicht enthal tene Polyhydroxyamid in Polybenzoxazol umgewandelt wird. Die Umwandlung von Polyhydroxyamid zumindest teilweise in Poly benzoxazol ist hierbei optional. Nachfolgend wird die Re sistschicht 20 auf die Antireflexionsschicht 15 aufgebracht. Die so gebildete Schichtfolge ist für eine nachfolgende foto lithographische Belichtung geeignet.

Bezugszeichenliste

5

Substrat

10

Substratoberfläche

15

Antireflexionsschicht

20

Resistschicht

Claims

1. Substanz, umfassend Polyhydroxyamid oder Polybenzoxazol und mindestens einen der Stoffe Methin oder ein Methinderivat oder Azomethin oder ein Azomethinderivat oder Cumarin oder ein Cumarinderivat oder Triphenylmethan oder ein Triphenyl methanderivat oder eine Azoverbindung, wobei die Substanz als Antireflexionsschicht verwendbar ist.

2. Substrat (5), auf dem eine Antireflexionsschicht (15) an geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsschicht (15) Polyhydroxyamid oder Polyben zoxazol und mindestens eine der Substanzen Methin oder ein Methinderivat oder Azomethin oder ein Azomethinderivat oder Cumarin oder ein Cumarinderivat oder Triphenylmethan oder ein Triphenylmethanderivat oder eine Azoverbindung umfaßt.

3. Verfahren zur Herstellung eines Substrats (5) mit einer Antireflexionsschicht (15) mit den Schritten:

- Herstellen einer Lösung von Polyhydroxyamid und mindestens einer der Substanzen Methin oder einem Methinderivat oder Azomethin oder einem Azomethinderivat oder Cumarin oder ei nem Cumarinderivat oder Triphenylmethan oder einem Triphe nylmethanderivat oder einer Azoverbindung in einem Lösungs mittel;
- Beschichten des Substrats (5) mit der Lösung, so daß eine Antireflexionsschicht (15) auf dem Substrat (5) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsschicht (15) und das Substrat (5) getrock net werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsschicht nur auf Temperaturen kleiner als 250°C erwärmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsschicht auf eine Temperatur von mindestens 250°C erwärmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel N-Methylpyrrolidon oder g-Butyrolacton oder Cyclohexanon oder Ethyllactat oder Diethylenglykolmonoether oder Diethylenglykoldiethylether oder eine Kombination der genannten Stoffe enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung vor dem Beschichten des Substrats (5) filtriert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auf das Substrat (5) aufgeschleudert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auf das Substrat (5) aufgesprüht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung auf das Substrat (5) aufgepinselt wird.