DE10142683A1

DE10142683A1 - Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schicht auf einem Halbleitersubstrat

Info

Publication number: DE10142683A1
Application number: DE10142683A
Authority: DE
Inventors: Mirko Vogt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-04-03
Also published as: US20030049568A1; US6861206B2

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Oberflächenmodifikation einer Untergrundschicht (2) zur Reduzierung von Degradationen (4) bei der Strukturierung einer säuerbildenden Schicht (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fotolithographischen Strukturierung von Schichten auf einem Halbleitersubstrat.

Die Herstellung integrierter Schaltungen mit sehr geringen Strukturdimensionen erfordert besondere Strukturierungsverfahren. Eine der gängigsten und seit den Anfängen der Halbleitertechnologie bekannten Methoden stellt das lithographische Strukturierungsverfahren dar. Hierbei wird eine Fotolackschicht auf die zu strukturierende Oberfläche aufgebracht und mit Hilfe von Licht durch eine Belichtungsmaske belichtet. Hiermit lassen sich vorher auf der Belichtungsmaske erzeugte Strukturen auf die Fotolackschicht abbilden und mit Hilfe eines nachfolgenden vorzugsweise nasschemischen Ätzprozesses in die Fotolackschicht und die darunter befindliche Halbleiterschicht übertragen.

Die bei den Lithographie-Verfahren vorzugsweise eingesetzten Positiv-Fotolacke bestehen üblicherweise aus einem lichtempfindlichen Anteil (Sensitizer), der zusammen mit einem Matrixmaterial in einem Lösungsmittel gelöst ist. Als Matrixmaterial wird üblicherweise ein Phenolharz verwendet, das der Lackschicht nach dem Verflüchtigen des Lösungsmittels eine hohe Resistenz gegenüber Laugen verleiht. Infolge einer fotochemischen Reaktion entsteht bei einer Belichtung des Lackes mit einer starken UV-Quelle eine Säure. Die auf diese Weise gebildeten säurehaltigen Bereiche an den belichteten Stellen der Fotolackschicht weisen eine hohe Löslichkeit in basischen Lösungen auf und können dann mit Hilfe einer Lauge einfach entfernt werden, wodurch die Struktur der Belichtungsmaske in die Fotolackschicht abgebildet wird.

Die so strukturierte Fotolackschicht wird anschließend als Maske für die Bearbeitung der darunter liegenden Halbleiterschicht verwendet.

Zur Einhaltung der gewünschten Strukturbreiten bei der Strukturierung der Halbleiterschicht ist insbesondere eine möglichst originalgetreue Übertragung der ursprünglichen Belichtungsstruktur auf die Fotolackschicht wichtig. Schwankungen der Breite können nämlich fatale Konsequenzen für die Funktionsweise der Strukturen haben. Neben für diesen Prozess typischen, sich bei der Strukturübertragung der ursprünglichen Maskenstruktur in die Fotolackschicht ergebenden optischen Problemen, wie z. B. Lichtstreuung, Interferenz etc., kann sich vor allem die Zusammensetzung des unterhalb der Fotolackschicht befindlichen Untergrundes ungünstig auf die Strukturierungseigenschaft der Fotolackschicht und damit auf die Einhaltung der Strukturbreiten auswirken.

Insbesondere eine mit Hilfe eines PECVD-Verfahrens auf der Substratoberfläche abgeschiedene Untergrundschicht weist in ihren oberflächennahen Bereichen häufig Anteile von Fremdmaterial, z. B. Stickstoff, Amino- bzw. weitere Stickstoffverbindungen, auf. Für den Einbau dieses Fremdmaterials sind dabei überwiegend die undefinierten Bedingungen am Ende des PECVD-Prozesses verantwortlich, die durch geringe Abweichungen beim Abschalten der Plasmaquelle bzw. der Gaszufuhr entstehen. Ein weiterer Teil des Fremdmaterials stammt häufig aus dem Einbau von Verunreinigungen, die immer in geringen Mengen innerhalb der Prozesskammer vorhanden sind.

Durch Wechselwirkungen des Fremdmaterials mit den Komponenten der Fotolackschicht, können dann die chemischen bzw. physikalischen Eigenschaften der Fotolackschicht derart verändert werden, dass der fotolithographische Prozess in den von der Diffusion betroffenen Bereichen der Fotolackschicht gestört wird. Hierbei kann insbesondere die bei der Belichtung im Lack gebildete Säure an der Grenzfläche zur Untergrundschicht durch den basischen Charakter des Fremdmaterials der Untergrundschicht neutralisiert werden, wodurch die neutralen Bereiche der Fotolackschicht für das Laugenbad schwerer löslich werden, so dass sie im daran anschließenden nasschemischen Prozess nicht vollständig abgetragen werden können. Die in Folge dessen auf der darunter liegenden Untergrundschicht verbleibenden Rückstände des Fotolackes verengen den Öffnungsbereich innerhalb der Fotolackschicht (resist footing) für den darunter liegenden Schichtstapel.

Auch die unterschiedlichen Bedingungen verschiedener CVD-Prozesskammern können zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen bei der Herstellung von Halbleiterstrukturen führen. Bei zu großen Schwankungen der Strukturbreiten verschiedener Produktionsdurchläufe müssen die betreffenden Prozessschritte wiederholt werden (rework), was wiederum die Produktionskosten wesentlich erhöht.

Aus US 6 174 816 ist ein Verfahren zur Reduzierung von Lackdegradationen bekannt, die bei einer fotolithographischen Strukturierung auftreten können, bei denen eine Anti- Reflexions-Schicht (ARC) unterhalb einer Fotolithographieschicht ausgebildet ist. Solche ARC-Schichten dienen der Verringerung von Lichtstreuung bei der Belichtung einer Fotolackschicht.

Bei dem in der US 6 174 816 offenbarten Verfahren wird die ARC-Schicht nach dem Abscheideprozess einem zusätzlichen Prozessschritt unterworfen. Hierbei wird die ARC-Schicht einem Plasma bzw. einem flüssigen Reagenz ausgesetzt, wodurch Degradationen, die bei einer fotolithographischen Strukturierung der im weiteren Verlauf auf die ARC-Schicht abgeschiedene Fotolackschicht entstehen, reduziert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur fotolithographischer Strukturierung von beliebigen Schichten auf einem Halbleitersubstrat bereitzustellen, mit dem sich eine Reduzierung von Lackdegradationen erreichen lässt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Oberfläche einer zur strukturierenden Untergrundschicht auf einem Halbleitersubstrat modifiziert, so dass die basischen Substanzen innerhalb der oberflächennahen Bereiche der Untergrundschicht neutralisiert werden. Hierdurch wird die Untergrundschicht definiert abgeschlossen und so die Reaktion mit einer auf die Untergrundschicht erzeugten Fotolackschicht verhindert.

Durch die erfindungsgemäße Oberflächenmodifikation können die bei herkömmlichen Fotolack-Strukturierungsprozessen auftretenden Abweichungen der Strukturbreite in der strukturierten Untergrundschicht wesentlich reduziert werden. Weiterhin lassen sich auch die durch die unterschiedlichen Bedingungen verschiedener Prozesskammern verursachten Strukturbreitenschwankungen merklich vermindern.

In einer besonderen Ausgestaltungsform der Erfindung wird die Untergrundschicht vorzugsweise mit Hilfe einer reaktiven Atmosphäre, die einen hohen Anteil an Sauerstoff aufweist, modifiziert. Hierdurch lässt sich auf eine besonders einfache und effektive Weise die Untergrundschicht definiert versiegeln.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltungsform der Erfindung wird die Untergrundschicht mit Hilfe eines PECVD-Verfahrens auf eine Substratoberfläche abgeschieden, wobei in der letzten Phase des Abscheideprozesses der Sauerstoffgehalt der reaktiven Atmosphäre erhöht wird, wodurch die abgeschiedene Untergrundschicht in situ modifiziert wird. Hierdurch wird der Abscheide- und der Modifikationsprozess in einem Prozessschritt zusammengefasst, wodurch sich der Prozessablauf wesentlich vereinfacht.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltungsform der Erfindung wird der Sauerstoff-Partialdruck der reaktiven Atmosphäre durch eine Reduktion des Zuflusses von mindestens einer sauerstoffarmen Gaskomponente erhöht. Hierdurch lässt sich der Übergang zwischen dem Abscheiden und der Modifikation auf eine einfache Weise erreichen.

In einer weiteren besonderen Ausgestaltungsform der Erfindung wird der Sauerstoff-Partialdruck der reaktiven Atmosphäre durch eine Erhöhung des Zuflusses von mindestens einer sauerstoffreichen Gaskomponente erhöht. Hierdurch wird der Aufbau des oberflächennahen Bereiches der Schicht unter Sauerstoffüberschuss durchgeführt und damit die Oberfläche der Schicht noch während der Abscheidung definiert abgeschlossen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A einen Querschnitt durch ein Halbleitersubstrat mit einem auf dem Substrat ausgebildeten Schichtstapel mit einem nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellten Öffnungsbereich;
Fig. 1B einen Querschnitt durch ein Halbleitersubstrat mit einem auf dem Substrat ausgebildeten Schichtstapel mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Öffnungsbereich;
Fig. 2 ein Verfahren zur Herstellung einer der in Fig. 1B gezeigten Halbleiterstruktur, wobei Fig. 2A bis 2F Querschnitte durch das Halbleitersubstrat nach verschiedenen Prozessschritten wiedergeben; und
Fig. 3 eine PECVD-Prozesskammer für einen erfindungsgemäßen Abscheidungs- und Modifikationsprozess einer Untergrundschicht für eine Fotolackschicht.
Fig. 1A zeigt einen auf einem Halbleitersubstrat 1 mit einem herkömmlichen Verfahren erzeugten Schichtstapel, bestehend aus einer ersten Schicht 2, die in der weiteren Beschreibung als Untergrundschicht bezeichnet wird, und einer auf der Untergrundschicht 2 aufgebrachten säurebildenden Fotolackschicht 3. Die säurebildende Fotolackschicht 3 weist einen durch ein fotolithographisches Verfahren erzeugten und die gesamte säurebildende Fotolackschicht 3 durchsetzenden Öffnungsbereich 5 auf, der in seinem oberen und mittleren Bereich steilflankig mit dem Durchmesser d₁ verläuft und in seinem unteren Bereich eine Verengung mit dem Durchmesser d₂ aufweist. Die Verengung wird durch Reste 4 der säurebildenden Fotolackschicht 3 verursacht, die aufgrund von Diffusionsprozessen mit basischen Komponenten der Untergrundschicht 2 kontaminiert sind. Die bei einer Belichtung innerhalb der säurebildenden Fotolackschicht 3 entstehende Säure ist innerhalb der basisch kontaminierten Bereiche der Fotolackschicht 3 neutralisiert, so dass die neutralen Bereiche der Fotolackschicht 3 für einen anschließenden Ätzprozess mittels einer Lauge unlöslich sind. Die kontaminierten Bereiche verbleiben daher nach dem Ätzprozess auf der Untergrundschicht 2 und bilden die den Öffnungsbereich 5 verengenden Lackdegradationen 4 der Fotolackschicht 3 (resist footing).
Die Degradationen 4 der Fotolackschicht 3 verändern den Querschnitt des Öffnungsbereiches 5 für die nachfolgenden Prozesse. Hierbei wird insbesondere der Öffnungsbereich 5 der Fotolackschicht 3 für die weitere Strukturierung der Untergrundschicht 2 bzw. des Substrates 1 verkleinert, wodurch sich Abweichungen von der gewünschten Breite der Strukturen innerhalb der Untergrundschicht 2 bzw. des Substrates 1 ergeben.
Fig. 1B zeigt einen zur Fig. 1A analogen Schichtstapel auf einem Halbleitersubstrat 1 mit einer auf dem Halbleitersubstrat 1 angeordneten Untergrundschicht 2 und einer auf der Untergrundschicht 2 ausgebildeten säurebildenden Fotolackschicht 3. Die Untergrundschicht 2 weist an der Oberfläche jedoch einen dünnen, chemisch neutralen Bereich 2a auf, der durch eine unmittelbar nach der Abscheidung der Untergrundschicht 2 durchgeführte Modifikation der oberflächennahen Bereiche der Untergrundschicht 2 erzeugt wird. Dabei wird die Untergrundschicht 2 definiert abgeschlossen, wodurch die Ausdiffusion basischer Komponenten der Untergrundschicht 2 in die säurebildende Fotolackschicht 3 unterbunden wird. Aufgrund der Homogenität der säurebildenden Schicht 3 wird in allen Bereichen der säurebildenden Fotolackschicht 3, die einer lithographischen Belichtung ausgesetzt werden, eine Säure freigesetzt, so dass die belichteten Bereiche der Fotolackschicht 3 in einem Laugenbad komplett abgetragen werden. Wie in Fig. 1B gezeigt ist, weist der innerhalb der säurebildenden Fotolackschicht 3 bis zur Untergrundschicht 2 ausgebildeten Öffnungsbereich 5 einen gleichbleibenden Durchmesser d₁ auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schicht auf einem Halbleitersubstrat wird im Folgenden anhand der Fig. 2A bis 2F dargestellt.
Fig. 2A zeigt einen Querschnitt durch ein Halbleitersubstrat 1 zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Prozessschritt wird eine erste Schicht 2 vorzugsweise mit Hilfe eines plasmaunterstützten Gasphasenabscheidungsverfahrens (PECVD) auf dem Substrat 1 erzeugt.
Die erste Schicht 2 besteht vorzugsweise aus einem siliziumhaltigen Isolator, wie z. B. Siliziumoxid (SiO), Siliziumoxynitrid (SiON) oder Siliziumnitrid (SiN), und dient vorzugsweise als Isolation des Substrates gegenüber in weiteren Prozessen erzeugten, hier jedoch nicht näher beschriebenen Schichtstrukturen. Da im nachfolgenden Strukturierungsprozess eine Fotolackschicht 3 direkt auf die erste Schicht 2 abgeschieden wird, wird die erste Schicht 2 im Folgenden als Untergrundschicht bezeichnet. Fig. 2B zeigt die auf dem Substrat 1 dünn ausgebildete Untergrundschicht 2.
Bei einem PECVD-Verfahren wird das Schichtmaterial in der Regel über komplexe Precursor-Systeme aus einer reaktiven Gasphase auf der Oberfläche des Substrates 1 abgeschieden. Schwankungen im Ablauf des PECVD-Verfahrens, die z. B. während des Abschaltvorgangs der Gaszufuhr oder der Plasmaquelle im Endstadium des PECVD-Verfahrens entstehen können, führen dabei zu einem unerwünschten Verlauf der Plasma-Reaktion mit der Oberfläche der abgeschiedenen Untergrundschicht 2. Hierdurch können die Eigenschaften der Untergrundschicht 2 deutlich beeinflusst werden, wobei es unter anderem zum Einbau von ungewünschten Reaktionsprodukten in die Untergrundschicht 2 kommen kann.
Diese Reaktionsprodukte, insbesondere Stickstoff, Amino- bzw. andere Stickstoffverbindungen, wirken als Verunreinigungen und können durch Diffusion in die später auf der Untergrundschicht 2 erzeugten säurebildenden Fotolackschicht 3 die chemischen und die physikalischen Eigenschaften des säurebildenden Fotolackes 3 negativ beeinflussen.
Zur Vermeidung der negativen Effekte wird in einem zweiten Teilschritt des PECVD-Prozesses die Untergrundschicht 2, wie in Fig. 2C gezeigt, definiert abgeschlossen. Hierbei wird die Oberfläche der Untergrundschicht 2 vorzugsweise 1 bis 60 Sekunden lang einem sauerstoffhaltigen Plasma 25 ausgesetzt. Der Plasmaprozess verläuft dabei vorzugsweise unter den folgenden Prozessbedingungen:

- Wafertemperatur: 300 bis 550°C,
- Druck: 0,5 bis 20 Torr
- Gasflussrate: 10 bis 10.000 sccm
- Elektrodenabstand H_C: 10 bis 100 mm,
- RF-Leistung: 100 bis 1.000 W
- RF-Frequenz: ca. 13.56 MHz.

Vorteilhafterweise wird dieser Prozessschritt in situ unmittelbar nach der Abscheidung der Untergrundschicht 2 durchgeführt, wobei die reaktive sauerstoffreiche Atmosphäre 25 durch eine entsprechende Anpassung der Parameter des PECVD- Prozesses erzeugt wird. Hierbei wird vorzugsweise der Partialdruck des sauerstoffreichen Gaskomponenten über die Steuerung der Zufuhr der Gaskomponenten erhöht. Hierzu wird mit Hilfe von dosierbaren Gasventilen, wie sie in Fig. 3 mit Bezugszeichen 27a, 27b dargestellt sind, die Zufuhr von sauerstoffreichen Gaskomponenten erhöht bzw. die Zufuhr der sauerstoffarmen Gaskomponenten gedrosselt. Alternativ kann auch ein weiteres sauerstoffhaltiges Gas der Plasmaatmosphäre zugeführt werden.
Die Modifikation der Oberfläche der Untergrundschicht 2 kann jedoch auch durch Anpassung weiterer Prozessparameter, insbesondere der Substrattemperatur, der RF-Leistung bzw. der RF-Frequenz, des Druckes sowie des Abstandes von Plattenelektroden, wie sie in Fig. 3 mit Bezugszeichen 14, 15 dargestellt sind, erfolgen. Hierbei wird der PECVD-Prozess zugunsten der Reaktion der sauerstoffreichen Plasmakomponenten bzw. zuungunsten der Reaktion der sauerstoffarmen Plasmakomponenten mit der Oberfläche der abgeschiedenen Untergrundschicht 2 abgeändert.
Die modifizierte Untergrundschicht 2 weist dann, wie in Fig. 2C gezeigt, einen oberflächennahen Bereich 2a auf, der frei von diffusionsfähigen Stickstoffverbindungen ist.
Wie Fig. 2D zeigt, wird in einem anschließenden Prozessschritt eine säurebildende Fotolackschicht 3 auf der Untergrundschicht 2 erzeugt. Die Fotolackschicht 3 besteht dabei vorzugsweise aus einem Positiv-Fotolack, bei dem nur belichtete Bereiche 5a in einem Ätzprozess abgetragen werden.
Durch die im vorangegangenen Prozessschritt durchgeführte Modifizierung der Oberfläche der Untergrundschicht 2 wird die Diffusion von Stickstoff, Amino- bzw. anderen Stickstoffverbindungen in die Fotolackschicht 3 verhindert, so dass die Fotolackschicht 3 im Kontaktbereich zur Untergrundschicht 2 keine basische Kontamination aufweist.
In einem folgenden Prozessschritt wird ein Öffnungsbereich 5 innerhalb der Fotolackschicht 3 erzeugt. Hierbei wird die Fotolackschicht 3 durch eine Belichtungsmaske 6 mit Hilfe von Licht-, Elektronen- oder Röntgenstrahlung 7 bestrahlt. Dabei werden die sich im durchstrahlten Bereich der Maske befindlichen Bereiche 5a des Fotolackes 3, wie in Fig. 2E gezeigt, vollständig bis zur Untergrundschicht 2 belichtet. Infolge einer fotochemischen Reaktion entsteht bei der Belichtung des Fotolackes 3 eine Säure. Die auf diese Weise gebildeten säurehaltigen Bereiche 5a der Fotolackschicht 3 weisen nun eine hohe Löslichkeit in basischen Lösungen auf.
Nach der Entwicklung und Härtung der Fotolackschicht 3 werden im anschließenden Prozessschritt die säurehaltigen Bereiche 5a der Fotolackschicht 3 mit Hilfe eines nasschemischen Verfahrens selektiv bis zur Untergrundschicht 2 abgetragen. Der hierdurch erzeugte Öffnungsbereich 5 weist, wie in Fig. 2F gezeigt, einen steilflankigen Verlauf auf. Im Gegensatz zu einem nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellten Öffnungsbereich 5 weist die strukturierte Fotolackschicht 3 hierbei keine Degradationen 4 im Öffnungsbereich 5 auf.
Alternativ lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die Strukturierung einer säurebildenden Negativ-Fotolackschicht, bei der in einem nasschemischen Prozess die nichtbelichteten Bereiche des Fotolackes abgetragen werden, anwenden.
Fig. 3 zeigt eine Prozesskammer 10 zur Durchführung des in den Fig. 2A bis 2C gezeigten Abscheidungs- und Modifikationsprozesses der Untergrundschicht 2 einer Fotolackschicht 3.
Die Prozesskammer 10 ist exemplarisch als ein Parallelplattenreaktor ausgeführt, bei dem die in die Prozesskammer 10 einströmenden Gase durch eine Hochfrequenz-Gasentladung 25 zwischen zwei als Platten ausgebildeten Elektroden 14, 15 angeregt und zersetzt werden. Die entstehenden reaktiven Zerfallsprodukte können dann über komplexe Mechanismen mit der Substratoberfläche reagieren.
Im unteren Bereich der Prozesskammer 10 ist ein Träger 15 ausgebildet, auf dem eine Halbleiterscheibe 1 (Wafer) aufliegt. Der Träger 15 beinhaltet ein Heizelement 11 zur Steuerung der Temperatur des Wafers 1. Durch eine Erhöhung der Temperatur können die Reaktionsparameter der Gase mit der Oberfläche des Wafers 1 optimiert werden.
Im oberen Bereich der Prozesskammer 10 ist ein spezielles Gaseinlass-System (Showerhead) 14 ausgebildet, durch das die Reaktionsgase in die Prozesskammer 10 geleitet werden. Der Showerhead 14 dient der Homogenisierung der Gaszufuhr im Bereich des Wafers 1 und besteht aus einer Gaseinlassöffnung 20, einer Gaskammer 21 und einem speziellen Gasauslass 24.
Die Gaseinlassöffnung 20 dient zur Einleitung der Reaktionsgase in den Showerhead 14. An der Gaseinlassöffnung 20 ist ein Gaszuführsystem angeschlossen. Das Gaszuführsystem, das in Fig. 3 stark vereinfacht dargestellt ist, besteht in dem hier gezeigten Beispiel aus zwei Gasquellen 29a, 29b und zwei dosierbaren Gasventilen 27a, 27b. Die Gaseinlassöffnung 20 der Prozesskammer 10 ist dabei über Gasleitungen 28 mit den Gasquellen 29a, 29b verbunden, wobei die dosierbaren Gasventile 27a, 27b zur Steuerung der Gaszuflüsse zwischen der Gaseinlassöffnung 20 und den Gasquellen 29a, 29b geschaltet sind. Dabei lässt sich mit Hilfe der beiden dosierbaren Gasventile 27a, 27b die Zusammensetzung des in die Prozesskammer 10 eingeleiteten Gasgemisches genau bestimmen.
Im oberen Bereich der Fig. 3 ist eine Detailansicht des Gasauslasses 24 des Showerheads 14 gezeigt. Der Gasauslass 24 wird dabei durch eine Vielzahl von kleinen Öffnungen 24 gebildet, die innerhalb einer dünnen Bodenplatte 23 des Showerheads 14 ausgebildet sind. Die Öffnungen 24 weisen dabei vorzugsweise einen gegenseitigen Abstand von ca. 6 mm und einen Durchmesser von ca. 0.6 mm auf.
Zur Erzeugung eines reaktiven Plasmas 25 werden die in die Prozesskammer 10 einströmenden Gase einem hochfrequenten Wechselfeld (ca. 13.56 MHz) ausgesetzt, das durch einen außerhalb der Prozesskammer 10 angeordneten RF-Generator 26 generiert wird. Der Träger 15 und der Showerhead 14 dienen dabei als Plattenelektroden des RF-Generators 26 und sind mit jeweils einem der Pole des RF-Generators 26 verbunden.
Aufgrund der hohen RF-Leistung (100 bis 1000 W) und dem geringen Abstand H_C der Plattenelektroden 14, 15 (ca. 10 bis 100 mm) wird im Zwischenraum des Trägers 15 und des Showerheads 14 ein derart starkes Wechselfeld erzeugt, dass eine Gasentladung innerhalb des einströmenden Gases gezündet wird. Hierbei werden durch Stoßprozesse Ionen, Radikale und freie Elektronen gebildet, die miteinander und mit der Oberfläche des Wafers 1 wechselwirken.
Ein an der Prozesskammer 10 befestigter Kühlkörper 13 dient zur Kühlung des Showerheads 14. Der Kühlkörper 13 weist in seinem oberen Bereich einen Zu- und einen Abführanschluss 12a, 12b für ein Kühlmedium auf und besteht vorzugsweise aus einem Isolator, der den Showerhead gleichzeitig von der Prozesskammer 10 elektrisch isoliert.
Im unteren Bereich der Prozesskammer 10 sind zwei Gasabsaug- Stutzen 22 ausgebildet, über die die Reaktionsprodukte des Plasmaprozesses abgepumpt werden. Zur Sicherstellung eines für den Plasmaprozess notwendigen Vakuums von ca. 0.5 bis 15 Torr innerhalb der Prozesskammer 10 sind die Gasabsaug-Stutzen 22 vorzugsweise unmittelbar mit leistungsstarken Vakuumpumpen verbunden und weisen einen zur Gaseinlassöffnung 20 relativ großen Durchmesser auf. Mit Hilfe eines zwischen den Gasabsaug-Stutzen 22 und den Vakuumpumpen befindlichen Drosselventils (hier nicht dargestellt), das den effektiven Durchmesser des Absaugkanals zwischen den Gasabsaug-Stutzen 22 und den Vakuumpumpen beeinflusst, lässt sich der Gasdruck innerhalb der Prozesskammer 10 genau einstellen.
Die in Fig. 3 dargestellte Prozesskammer 10 dient der Erzeugung von Schichten mit Hilfe des PECVD-Verfahrens. Dabei wird das Schichtwachstum durch Reaktionen der im Plasma 25 erzeugten reaktiven Gaskomponenten mit der Oberfläche des Substrates 1 erzielt. Der Abscheidungsprozess findet über komplexe Precursor-Systeme statt und reagiert empfindlich auf Änderungen der Prozessparameter innerhalb der Prozesskammer 10. Durch gezielte Anpassung dieser Parameter kann der PECVD- Prozess in seinem letzen Abschnitt dahingehend gesteuert werden, dass die Oberfläche der abgeschiedenen Schicht 2 modifiziert wird. Hierzu kann vorzugsweise, wie in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, die Zusammensetzung des Plasmas 25 durch Variation der zugeführten Reaktionsgase zu Gunsten des Sauerstoffs verändert werden. Dabei wird die zuvor auf dem Substrat 1 erzeugte Schicht 2 definiert oxidisch abgeschlossen.
Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Bezugszeichenliste 1 Substrat
2 erste Schicht
2a modifizierter Bereich der ersten Schicht
3 säurebildende Schicht
4 Lackdegradation
5a belichteter Bereich
5 Öffnungsbereich
6 Durchlichtmaske
7 Strahlung
10 Prozesskammer
11 Heizung
12a, b Kühlmittel Ein- und Abfluss
13 Isolator
14 obere Elektrode
15 untere Elektrode
20 Gaseinlass
22 Gasabsaugstutzen
21 Gaskammer des Showerheads
23 Showerhead
24 Gasdurchfluss im Showerhead
25 Plasma
26 RF-Generator
27a, b, c dosierbares Gasventil
28 Gaszufuhrleitung
29a, b Gasquelle
H_C Elektrodenabstand
d₁, d₂ Durchmesser des Öffnungsbereiches

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Schicht auf einem Halbleitersubstrat mit den Prozessschritten:

a) Erzeugen der Schicht (2) auf einem Substrat (1);

b) Modifizieren der Oberfläche der Schicht (2) zur Erzeugung einer chemisch neutralen Oberfläche (2a);

c) Erzeugen einer säurebildenden Fotolackschicht (3) auf der Schicht (2);

d) Belichten der säurebildenden Fotolackschicht (3), um einen säurehaltigen Bereich (5a) in der Fotolackschicht (3) entsprechend der vorgegebenen Struktur einer Belichtungsmaske (6) auszubilden; und

e) selektives Abtragen des säurehaltigen Bereiches (5a) der Fotolackschicht (3) mit Hilfe einer Lauge.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche der Schicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) mit Hilfe eines sauerstoffreichen Plasmas (25) modifiziert wird, um eine chemisch neutrale Oberfläche zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Oberfläche der Schicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) dem sauerstoffhaltigen Plasma (25) bis zu 60 Sekunden lang ausgesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) eine Isolatorschicht ist, die vorzugsweise aus Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder Siliziumnitrid besteht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht (2) auf dem Halbleitersubstrat (1) mit Hilfe eines plasmaunterstützten Gasphasenabscheidungsverfahrens erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei in einer letzten Phase des plasmaunterstützten Gasphasenabscheidungsprozesses der Partialdruck des Sauerstoffes im Plasma (25) erhöht wird, so dass die Oberfläche der Schicht (2) definiert abgeschlossen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei zumindest eine Gaskomponente bei dem plasmaunterstützten Gasphasenabscheidungsverfahren sauerstoffhaltig ist, und wobei der Sauerstoffüberschuss im Plasma (25) durch Reduktion des Zuflusses mindestens einer nicht sauerstoffhaltigen Gaskomponente erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der Sauerstoffüberschuss im Plasma (25) durch eine Erhöhung des Zuflusses mindestens einer sauerstoffhaltigen Gaskomponente erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Sauerstoffüberschuss im Plasma (25) durch die Zufuhr eines weiteren sauerstoffhaltigen Gases erzeugt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei in einer letzten Phase des plasmaunterstützten Gasphasenabscheidungsprozesses die modifizierende Reaktion des Plasmas (25) mit der Oberfläche der Schicht (2) zur Erzeugung einer chemisch neutralen Oberfläche (2a) durch Anpassung der Substrattemperatur, des Druckes innerhalb der Prozesskammer (10) oder der Parameter der Plasmaquelle erfolgt.