DE102005018737A1

DE102005018737A1 - Verfahren zum Übertragen von Strukturen von einer Fotomaske in eine Fotolackschicht

Info

Publication number: DE102005018737A1
Application number: DE102005018737A
Authority: DE
Inventors: Lars Voelkel; Lothar Bauch; Patrick Klingbeil; Joachim Herpe; Mirko Vogt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2005-04-22
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2006-10-26
Also published as: US20060257794A1

Abstract

Bei dem Verfahren geht es um die Strukturierung einer Fotolackschicht (10), die auf einem eine Topologie aufweisenden Schichtstapel (2) vorgesehen ist. Zur Unterdrückung von stehenden Wellen in der Fotolackschicht (1) und dem Resistswingeffekt, der Variationen in den Strukturbreiten verursacht, wird eine dünne, konforme, organische Antireflexionsschicht (41) auf dem Schichtstapel (2) mittels eines bekannten CVD-Verfahrens aufgebracht. Mit dem Verfahren läßt sich die Fotolackschicht (1) maßhaltig strukturieren. Besonders geeignet ist das Verfahren zur Strukturierung von Fotolackschichten (1), die für den Implantationsschritt von Source/Drain-Gebieten von Transistoren in der Halbleitertechnologie vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Strukturen von einer Fotomaske in eine Fotolackschicht, wobei die Fotolackschicht oberhalb einer strukturierten Schicht oder eines strukturierten Schichtstapels oberhalb eines Halbleiterwafers angeordnet ist. Von der Erfindung wird ein Verfahren zum Einbringen eines Dotierstoffes in Abschnitte einer Schicht oder eines Halbleiterwafers umfasst.

Mikroelektronische Schaltkreise, wie beispielsweise DRAM (dynamic random acess memory)-Speicherzellen, weisen strukturierte auf einem Halbleiterwafer angeordnete Schichten auf, die aus unterschiedlichen Materialien, wie Metalle, Dielektrika oder Halbleitermaterial, bestehen. Zur Strukturierung der Schichten wird häufig ein fotolithografisches Verfahren angewendet. Dabei wird auf die zu strukturierende Schicht ein lichtempfindlicher Fotolack aufgebracht und mittels einer Fotomaske, die die in die Schicht zu übertragenden Strukturen aufweist, und einer fotolithografischen Abbildungseinrichtung abschnittsweise einer Lichtstrahlung ausgesetzt. Nach einer Entwicklung des Fotolackes sind die Strukturen im Fotolack als Öffnungen, in denen die zu strukturierende Schicht freiliegt, enthalten.

Fotolackschichten, die auf topologischen Schichten aufgebracht sind, lassen sich häufig nicht mit einer ausreichenden Güte strukturieren. Die Öffnungen weisen beispielsweise Seitenwände mit einem Neigungswinkel, anstelle der anzustrebenden senkrechten Seitenwände, auf.

Besonders nachteilig wirken sich nicht maßhaltige Strukturen im Fotolack bei der Implantierung von Source/Drain-Gebieten von Transistoren mit einem Dotierstoff aus.

In der 1 ist eine schlecht strukturierte Öffnung 11 mit schrägen Seitenwänden in einer Fotolackschicht 1 dargestellt. Die Fotolackschicht 1 ist auf einem strukturierten Schichtstapel 2, der auf einem Halbleiterwafer 3 angeordnet ist, vorgesehen. Mit dem strukturierten Schichtstapel 2 können beispielsweise Gatestrukturen realisiert sein und die Öffnungen in der Fotolackschicht 1 sind für einen Implantationsschritt mit dem Source/Drain-Gebiete für Transistoren in ein Substrat eingebracht werden, vorgesehen.

Besonders bei der Schrägimplantation lassen sich Dotierprofile bei der nicht maßhaltig strukturierten Fotolackschicht kaum kontrollieren. Ursache für die schlechte Qualität der Strukturen in der Fotolackschicht ist das an den Kanten des strukturierten Schichtstapels und der darunter liegenden Schicht zurückreflektierte Licht. Durch Rückreflektion bilden sich stehende Wellen in der Fotolackschicht aus. Abhängig von Dickenschwankungen in der Fotolackschicht wird unterschiedlich viel Energie in die Fotolackschicht eingekoppelt, ein Effekt der auch als Resistswing bezeichnet wird. Der Resistswing hat eine unerwünschte Variation in den Strukturbreiten, die bis zu 180 nm reichen kann zur Folge. Das Problem tritt bei der Ausbildung immer kleinerer Strukturweiten, die immer dünnere Fotolackschichten erfordern, verstärkt auf.

Um Rückreflektionen und den Resistswing zu unterdrücken wird üblicherweise eine Antireflektionsschicht vorgesehen, die zwischen der Fotolackschicht und der zu strukturierenden Schicht angeordnet ist. Handelsübliche Antireflektionsschichten lassen sich durch ein Aufschleuderverfahren aufbringen, das bei topologischen Schichten jedoch zu Dickenschwankungen in der Antireflektionsschicht führt. Mit herkömmlichen Materialien für die Antireflektionsschicht lassen sich auf der topologischen Schicht keine Antireflektionsschichten mit konstanter Dicke herstellen.

Die 2 zeigt eine Antireflektionsschicht 4, die auf den strukturierten Schichtstapel 2 aufgeschleudert wurde. Auf der Antireflektionsschicht 4 ist die Fotolackschicht 1 vorgesehen. Wie der 2 zu entnehmen ist, weist die Öffnung 11 in der Fotolackschicht 1 perfekte, senkrechte Seitenwände auf. Für Implantationszwecke müsste die Antireflektionsschicht 4 jedoch geöffnet werden, da aufgrund ihrer Dicke nicht durch sie hindurch implantiert werden kann.

Da die Antireflektionsschicht und die Kombination aus Antireflektionsschicht und Fotolackschicht unterschiedliche Dicken aufweisen, kann bei einer Entfernung der Antireflektionsschicht mittels eines Ätzprozesses ein Überätzen und damit ein Anätzen des beispielsweise die Gatestrukturen ausbildenden strukturierten Schichtstapels verursacht werden. Aus diesem Grunde ist die Einführung einer herkömmlichen Antireflektionsschicht bei der Implantation von Source/Drain-Gebieten nicht praktikabel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem eine auf einer strukturierten, eine Topologie aufweisenden Schicht, oder einem strukturierten Schichtstapel aufgebrachte Fotolackschicht maßhaltig strukturiert werden kann. Von der Aufgabe wird ein Verfahren zum Einbringen eines Dotierstoffes in Abschnitte des Halbleiterwafers oder einer oberhalb des Halbleiterwafers vorgesehenen Schicht umfasst.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Es wird ein Verfahren zum Übertragen von Strukturen von einer Fotomaske in eine Fotolackschicht zur Verfügung gestellt. Die Fotolackschicht ist dabei oberhalb einer strukturierten, eine Topologie aufweisenden Schicht oder oberhalb eines strukturierten Schichtstapels, mit dem die Topologie ausgebildet wird, angeordnet. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Halbleiterwafer mit der strukturierten Schicht oder dem strukturierten Schichtstapel zur Verfügung gestellt. Erfindungsgemäß wird auf der strukturierten Schicht oder dem strukturierten Schichtstapel eine konforme, organische Antireflektionsschicht vorgesehen. Die konforme Antireflektionsschicht weist an allen Stellen auf der strukturierten Schicht oder dem strukturierten Schichtstapel dieselbe Dicke auf. Auf die Antireflektionsschicht wird die Fotolackschicht aufgebracht und anschließend mit Hilfe einer Abbildungseinrichtung und der Fotomaske belichtet. Nach dem Entwickeln der Fotolackschicht sind die Strukturen als Öffnungen in der Fotolackschicht enthalten.

Das erfindungsgemäße Vorsehen der konformen, organischen Antireflektionsschicht hat den Vorteil, dass Rückreflektionen des Lichtes in die Fotolackschicht und das Ausbilden von stehenden Wellen vermieden werden. Da sich die konforme Antireflektionsschicht gleichmäßig über die gesamte Topologie des darunter liegenden Schichtstapels legt, wird auch der durch Reflektionen an Seitenwänden des Schichtstapels hervorgerufene Resistswing unterdrückt. Die die Strukturen ausbildenden Öffnungen in der Fotolackschicht lassen sich auch noch für eine 193 nm-Technologie sauber, das heißt ohne Maßverluste, strukturieren. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren bei beliebigen Wellenlängen, insbesondere auch bei der 365 nm- und 248 nm-Technologie eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorsehens der konformen, organischen Antireflektionsschicht besteht darin, dass sie sehr dünn ausgeführt werden kann. Angestrebt sind Dicken im Bereich zwischen 10 bis 30 nm. Bei diesen Dicken lässt sich möglicherweise durch die Antireflektionsschicht hindurch implantieren. Aufgrund der Konformität der Antireflektionsschicht ist es aber auch möglich, die Antireflektionsschicht in den Öffnungen der Fotolackschicht beispielsweise mittels eines Ätzschrittes zu entfernen, ohne ein Überätzen und damit eine Beschädigung der darunter liegenden Schicht oder des Schichtstapels zu verursachen. Die organische Antireflektionsschicht hat außerdem den Vorteil, dass sie bei der Entfernung der Fotolackschicht in einfacher Weise mit verascht werden kann. Die erfindungsgemäße Antireflektionsschicht kann somit eine weitere Prozessierung des Halbleiterwafers nicht störend beeinflussen.

Vorzugsweise wird die konforme Antireflektionsschicht aus einer Gasphase auf die strukturierte Schicht oder den strukturierten Schichtstapel abgeschieden. Zur Herstellung der Gasphase kann beispielsweise ein CVD (Chemical Vapour Deposition)-Verfahren angewendet werden. Mit dem Verfahren lassen sich hochkonforme Schichten mit einer vorzugebenden Dicke aufbringen. Die Antireflektionsschicht lässt sich insbesondere sehr dünn, im Bereich von 10 nm, vorsehen.

In bevorzugter Weise wird bei dem CVD-Verfahren eine Kohlenstoffverbindung abgeschieden. Möglich ist es beispielsweise das bekannte Verfahren zum Abscheiden einer Kohlenstoffhartmaske mittels CVD einzusetzen.

Eine weitere Möglichkeit, die dünne, konforme Antireflektionsschicht aufzubringen, besteht in der Verwendung eines Pyrolyseverfahrens. Bei dem Pyrolyseverfahren wird ein Precurser in einem Lösungsmittel auf die heiße Waferoberfläche aufgesprüht. Dabei wird der Precurser so umgewandelt, dass sich eine dünne organische Schicht ausbildet und das Lösungsmittel verdampft. Mit dem Verfahren ist es in sehr einfacher und unkomplizierter Weise möglich, eine konforme, organische, dünne Antireflektionsschicht aufzubringen.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zum Einbringen eines Dotierstoffes in Abschnitte eines Halbleiterwafers oder einer oberhalb des Halbleiterwafers vorgesehenen Schicht. Dabei ist auf dem Halbleiterwafer oder der Schicht die strukturierte Schicht oder der strukturierte Schichtstapel vorgesehen. Erfindungsgemäß wird das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zum Übertragen von Strukturen von einer Fotomaske in eine Fotolackschicht angewendet. Im Bereich der Öffnungen in der Fotolackschicht wird ein Implantationsschritt durchgeführt, bei dem der Dotierstoff in die Abschnitte gelangt. Dann werden die Fotolackschicht und die Antireflektionsschicht entfernt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass sehr dünne Fotolackschichten, wie sie beispielsweise für eine Schrägimplantation und die Ausbildung immer kleinerer Strukturweiten verwendet werden, sauber strukturiert werden können. Das Ausbilden von maßhaltigen Öffnungen mit senkrechten Seitenwänden in der Fotolackschicht ermöglicht eine Schrägimplantation.

Vorzugsweise wird nach der Entwicklung der Fotolackschicht und vor dem Implantationsschritt die Antireflektionsschicht in den Öffnungen der Fotolackschicht entfernt. Dies kann beispielsweise mittels eines Trockenätzprozesses durchgeführt werden. Da die erfindungsgemäße Antireflektionsschicht eine konform abgeschiedene Schicht ist, ist die Gefahr des Überätzens und damit ein Angriff des darunter liegenden Schichtstapels oder der darunter liegenden Schicht nicht gegeben.

In vorteilhafter Weise wird bei dem Implantationsschritt durch die Antireflektionsschicht hindurch implantiert. Dabei ist die Antireflektionsschicht so dünn vorzusehen, dass der Implantationsprozess nicht gestört wird.

In bevorzugter Weise werden mit dem strukturierten Schichtstapel Gatestrukturen von Transistoren ausgebildet. Die mit dem Verfahren zum Einbringen eines Dotierstoffes dotierten Abschnitte werden dann als Source/Drain-Gebiete der Transistoren vorgesehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Transistoren mit immer kleineren Gatelängen mit einer höheren Produktivität herstellen, da weniger Ausschuss aufgrund der verbesserten Fotolackstrukturierung erzeugt wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 Querschnitt durch eine herkömmlich strukturierte Fotolackschicht;

2 Querschnitt durch eine Fotolackschicht mit einer herkömmlich aufgebrachten Antireflektionsschicht;

3 Querschnitt durch eine erfindungsgemäß strukturierte Fotolackschicht.

Die 1 und 2 wurden in der Beschreibungseinleitung bereits näher erläutert.

Bei dem Verfahren zur Strukturierung einer Fotolackschicht 11 wird auf einen eine Topologie aufweisenden Schichtstapel 2 eine konforme, organische Antireflektionsschicht 41 aufgebracht. Die konforme Antireflektionsschicht 41 kann beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens erzeugt werden. Es ist möglich ein bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Kohlenstoffhartmaske zum Aufbringen der organischen Antireflektionsschicht anzuwenden. Mit Hilfe der konformen organischen Antireflektionsschicht 41 wird es möglich, die Fotolackschicht 1 maßhaltig zu strukturieren. Nach dem Belichten und dem Entwickeln der Fotolackschicht 1 sind die Strukturen in der Fotolackschicht 1 als Öffnungen 11 enthalten. Da durch die organische konforme Antireflektionsschicht 41 Rückreflektionen vermieden werden, lassen sich Maßverluste, wie beispielsweise schräge Seitenwände der Öffnungen 11 vermeiden. Die konforme organische Antireflektionsschicht 41 hat den Vorteil, dass sie sich besonders dünn, im Bereich von 10 bis 30 nm, vorsehen lässt und dadurch beispielsweise Source/Drain-Bereiche von Transistoren durch die Antireflektionsschicht 41 hindurch implantiert werden können. Aufgrund der Konformität der Antireflektionsschicht 41 lässt sich für eine Schrägimplantation die Antireflektionsschicht 41 mittels eines Ätzschrittes ohne Gefahr des Überätzens und damit des Anätzens des Schichtstapels 2 entfernen. Weitere Prozessierungsschritte des Halbleiterwafers 3 werden durch die konforme organische Antireflektionsschicht 41 nicht beeinflusst, da die Antireflektionsschicht 41 bei der Entfernung der Fotolackschicht 1 in einfacher Weise mit entfernt werden kann, beispielsweise durch ein Veraschen.
Die 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Halbleiterwafer 3, auf den der strukturierte, eine Topologie aufweisende Schichtstapel 2 angeordnet ist. Auf dem strukturierten Schichtstapel 2 ist die konforme, organische Antireflekti onsschicht 41 vorgesehen. Wie der 3 zu entnehmen ist, bleibt mit der konformen Antireflektionsschicht 41 die Topologie vollständig erhalten. Die konforme Antireflektionsschicht 41 weist an allen Stellen dieselbe Dicke auf. Auf die Antireflektionsschicht 41 wird die in der 3 dargestellte Fotolackschicht 1 aufgebracht. Nach der Belichtung und der Entwicklung weist die Fotolackschicht 1 die Strukturen in Form von der exemplarisch dargestellten Öffnung 11 auf. Im Unterschied zu herkömmlichen Strukturierungsverfahren ist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte Öffnung 11 ohne Maßverluste und mit senkrechten Seitenwänden ausgebildet.

1: Fotolackschicht
11: Öffnung
2: strukturierter Schichtstapel
3: Halbleiterwafer
4: Antireflektionsschicht
41: konforme Antireflektionsschicht

Claims

Verfahren zum Übertragen von Strukturen von einer Fotomaske in eine Fotolackschicht (1), wobei die Fotolackschicht (1) oberhalb einer strukturierten Schicht oder eines strukturierten Schichtstapels (2) oberhalb eines Halbleiterwafers (3) angeordnet ist, mit den Schritten: – Zur Verfügung stellen des Halbleiterwafers (3) mit der strukturierten Schicht oder dem strukturierten Schichtstapel (2), – Aufbringen einer organischen, konformen Antireflektionsschicht (41) auf die strukturierte Schicht oder den strukturierten Schichtstapel (2), – Aufbringen der Fotolackschicht (1) auf die Antireflektionsschicht (), – abschnittsweises Belichten der Fotolackschicht (1) mit Hilfe einer Abbildungseinrichtung und der Fotomaske und – Entwickeln der Fotolackschicht (1), wobei die Strukturen als Öffnungen (11) in der Fotolackschicht (1) ausgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konforme Antireflektionsschicht (41) aus einer Gasphase auf die strukturierte Schicht oder den strukturierten Schichtstapel (41) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konforme Antireflektionsschicht (41) mittels eines CVD-Verfahrens abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem CVD-Verfahren eine Kohlenstoffverbindung abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konforme Antireflektionsschicht (41) mittels eines Pyrolyse Verfahrens aufgebracht wird.
Verfahren zum Einbringen eines Dotierstoffes in Abschnitte des Halbleiterwafers (3) oder einer oberhalb des Halbleiterwafwers (3) vorgesehenen Schicht, wobei auf dem Halbleiterwafer (3) oder der Schicht die strukturierte Schicht, oder der strukturierte Schichtstapel (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verfahren zum Übertragen von Strukturen von einer Fotomaske in eine Fotolackschicht (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 angewendet wird, – ein Implantationsschritt im Bereich der Öffnugen (11) durchgeführt wird, wobei der Dotierstoff in die Abschnitte gelangt und – die Fotolackschicht (1) und die konforme Antireflektionsschicht (41) entfernt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entwicklung der Fotolackschicht (1) und vor dem Implantationsschritt die konforme Antireflektionsschicht (41) in den Öffnungen der Fotolackschicht (1) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Implantationsschritt durch die konforme Antireflektionsschicht (41) hindurch implantiert wird, wobei die konforme Antireflektionsschicht (41) entsprechend dünn vorzusehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – mit dem strukturierten Schichtstapel (2) Gatestrukturen von Transistoren ausgebildet werden und – die dotierten Abschnitte als Source/Drain-Gebiete der Transistoren vorgesehen werden.