DE102007016321B3

DE102007016321B3 - Verfahren zum Herstellen einer strukturierten Resistschicht zum Strukturieren eines Halbleiterprodukts

Info

Publication number: DE102007016321B3
Application number: DE102007016321A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. Schmid; Michael Dr. Sebald; Wolfgang Dr. Raberg; Ulrich Dr. Klostermann
Original assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Current assignee: Qimonda AG; Altis Semiconductor SNC
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-04-05

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer strukturierten Resistschicht für die Strukturierung eines Substrats, wobei das Verfahren folgendes umfasst: - Ausbilden einer Resistschicht auf einem oder oberhalb eines Substrats, - Ausbilden einer anorganischen Schicht auf die Resistschicht, - lithographisches Belichten der mit der anorganischen Schicht bedeckten Resistschicht und - Strukturieren der mit der anorganischen Schicht bedeckten Resistschicht durch Ätzen, wodurch eine strukturierte Resistschicht gebildet wird.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleiterfertigung und insbesondere das Gebiet der Strukturierung von Schichten auf Halbleitersubstraten oder auf Reticle-Maskensubstraten zur Herstellung integrierter Schaltungen.
Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Halbleiterprodukten oder Reticle-Masken. Solche Verfahren umfassen gewöhnlich das Ausbilden einer strukturierten Maskenschicht auf einem Substrat, d. h. das Ausbilden einer Maske auf einem Substrat oder auf einer auf einem Substrat angeordneten Schicht. Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat oder ein Substrat einer Reticle-Maske sein.
Zum lithographischen Strukturieren einer Schicht, die auf oder oberhalb eines Substrats (das ein Substrat eines Halbleiterprodukts oder ebenso ein Reticle-Maskensubstrat sein kann) angeordnet ist, muss eine Maske auf der zu strukturierenden Schicht ausgebildet werden. Eine Maske wird üblicherweise aus organischem Material gebildet, beispielsweise basierend auf Polymer-Materialien. Diejenigen Gebiete des Resistmaterials, die während der lithographischen Belichtung belichtet werden, werden geätzt und entfernt, wenn die Resistschicht belichtet wird (im Falle eines Positiv-Resists). Diejenigen Bereiche der Resistschicht, die durch die Masken struktur der Reticle-Maske abgeschattet werden, werden beibehalten (im Falle eines Positiv-Resists). Dadurch erhält man eine strukturierte Resistschicht, die diejenigen Bereiche der Schicht des Halbleiterprodukts, die beibehalten werden sollen, anschließend während des Ätzens maskiert. Das Muster der Resistschicht oder Maske wird auf die Schicht oder auf das Substrat übertragen.
Herkömmlich können Komponenten bzw. Bestandteile, die in dem Resistmaterial vorgesehen sind, in die umgebende Atmosphäre ausgasen, wodurch sie auch die lokale Zusammensetzung des Resistmaterials verändern und das Prozessfenster zum Belichten und Entwickeln (d. h. Ätzen) der Resistschicht verringern. Insbesondere im Fall einer Niederdruckatmosphäre oder im Fall eines Vakuums, wie es in der EUV-Lithographie (extreme ultraviolet) beispielsweise verwendet wird, ist das Ausgasen sogar noch kritischer. Jedoch verwenden gegenwärtige EUV-Lithographiegeräte (extreme ultraviolet) gerade Vakuum oder eine Niederdruckatmosphäre. Weiterhin können ausgasende Komponenten das optische System (Linsenoberflächen etc.) der Lithographieeinrichtung verunreinigen und dadurch das Prozessfenster verkleinern und erhöhten Aufwand für die Gerätewartung nach sich ziehen.
Im Falle der Immersionslithographie beispielsweise können Verunreinigungen in einer Immersionsflüssigkeit (etwa deionisiertes Wasser oder in einem anderen fluiden Medium mit einem höheren Brechungsindex) in ein Resistmaterial eindringen, das in Kontakt mit der Immersionsflüssigkeit steht. Infolgedessen wird die Zusammensetzung des Resistmaterials in ähnlicher Weise verändert.
Aus der US 2003/0082916 A1 ist ein Verfahren zum Vermindern der Entfernung zwischen Mustern auf einem Photoresist bekannt, bei dem eine Polysiliziumschicht auf einem Substrat abgeschieden wird, eine Photoresistschicht auf der Polysiliziumschicht auf einem Substrat abgeschieden wird, eine Photoresistschicht auf der Polysiliziumschicht abgeschieden wird und dann die Photoresistschicht strukturiert wird. Erst nach Abschluss der Strukturierung der Photoresistschicht wird eine Abscheidung einer Schicht aus anorganischem Material vorgenommen. Hierdurch soll eine Erhöhung der Beständigkeit der Photoresiststrukturen gegenüber nachfolgend verwendeten Ätzmitteln erreicht werden.
Aus der KR 20010063481 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem über einer Resistschicht eine anorganische Schicht aus Siliziumoxid aufgebracht wird.
Aus der KR 20020002694 ist ein Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbauelementen bekannt, bei dem auf einem Resistfilm eine anorganische Schicht aus Siliziumoxid aufgebracht wird.
Es besteht ein Bedarf für die Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Resistschicht, die weniger anfällig gegenüber den Effekten des Ausgasens in die umgebende Atmosphäre oder weniger anfällig für ein Eindringen von Verunreinigungen von außen in das Resistmaterial ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Kurze Beschreibung der Figuren
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:
Die 1 bis 7 Verfahrensschritte einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
8 eine Ausführungsform hinsichtlich der Abscheidung der anorganischen Schicht,
9 eine Ausführungsform hinsichtlich der Belichtung der mit der anorganischen Schicht bedeckten Resistschicht und
10 eine alternative Ausführungsform hinsichtlich der Belichtung der mit der anorganischen Schicht bedeckten Resistschicht.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Bei einer in 1 dargestellten Ausführungsform wird ein Produkt 1 bereitgestellt, das zumindest ein Substrat 2 umfasst. Zur kürzeren Beschreibung wird nachstehend mit Bezug auf die 1 und auf alle weiteren Figuren das Produkt 1 als ein Halbleiterprodukt 1 und das Substrat als Halbleitersubstrat (beispielsweise etwa ein Siliziumsubstrat) bezeichnet. Jedoch ist festzuhalten, dass das Produkt 1 ebenso eine Reticle-Maske sein kann und dass das Substrat 2 ebenso ein Reticle-Maskensubstrat sein kann. Lediglich der Kürze halber wird im Folgenden auf die Ausführungsform des Halbleitersubstrats 2 und des Halbleiterprodukts 1 Bezug genommen.
Vorzugsweise umfasst das Halbleiterprodukt 1 weiterhin eine zu strukturierende Schicht 3. Gemäß 2 ist die Schicht auf (d. h. in direktem Kontakt mit) einer Oberfläche des Substrats 2 dargestellt. Jedoch kann die zu strukturierende Schicht 3 auch oberhalb des Substrats 2, d. h. in einem Ab stand von der Substratoberfläche, angeordnet sein. In jedem Fall ist auf dem vorläufigen Halbleiterprodukt 1 eine oberste Schicht 3 vorhanden, die im Verlauf der Halbleiterfertigung zu strukturieren ist.
Gemäß der Ausführungsform der 2 wird eine Resistschicht 4 auf dem Halbleiterprodukt 1 ausgebildet. Vorzugsweise wird die Resistschicht 4 direkt auf eine oberseitige Fläche der zu strukturierenden Halbleiterproduktschicht 3 abgeschieden. Die Halbleiterproduktschicht 3 ist vorzugsweise eine Schicht, die Bereiche aufweist, die in dem Halbleiterbauteil, das auf dem Substrat 2 ausgebildet wird, erhalten bleibt. Beispielsweise kann die Schicht 3 strukturiert werden, um Leiterbahnen, Vias oder andere mikroelektronische Elemente auszubilden. Vorzugsweise ist die Resistschicht 4 eine organische Schicht, die im Wesentlichen ein organisches Material (etwa Polymere) enthält. Die Resistschicht 4 enthält dementsprechend fotoaktive Moleküle, die beim Belichten (Säure-)Moleküle erzeugen, die zum Auflösen des Resistmaterials beim Kontakt mit dem Entwicklermedium benötigt werden. Die Resistschicht 4 ist dementsprechend eine Maske, die zum Ausbilden einer Maskenschicht 14 für das Strukturieren der Halbleiterproduktschicht 3 verwendbar ist. Die Resistschicht 4 besitzt eine oberseitige Fläche 4a entgegengesetzt zum Substrat 2, d. h. in die entgegengesetzte Richtung weisend im Vergleich zur Grenzfläche der Resistschicht 4, die in Kontakt mit der Schicht 3 oder dem Substrat 2 steht. Herkömmlich würde die in 2 dargestellte Resistschicht 4 belichtet und entwickelt, wodurch eine Maskenschicht 14 auf der Schicht 3 gebildet würde. Vor dem Belichten oder während des Belichtens jedoch kann ein Ausgasen sowie eine Verunreinigung des Resistmaterials durch Moleküle aus einer umgebenden Atmosphäre oder einer Immersionsflüssigkeit auftreten.
Gemäß der Ausführungsform der 3 jedoch wird auf der Resistschicht 4 eine anorganische Schicht 5 ausgebildet, wodurch die oberseitige Fläche 4a der Resistschicht 4 bedeckt wird. Die aus anorganischem Material gebildete anorganische Schicht 5 verhindert ein Ausgasen des Resistmaterials selbst in einer Niederdruckatmosphäre oder im Vakuum. Andererseits verhindert die anorganische Schicht 5 eine Diffusion von Verunreinigungen von außerhalb in das Resistmaterial. Dementsprechend bildet die Schicht 5, die aus dem anorganischem Material gebildet ist (oder im Wesentlichen dieses als Hauptbestandteil enthält) eine Diffusionsbarriere und schützt das Resistmaterial vor einer chemischen und/oder physikalischen Wechselwirkung mit einem umgebenden Fluid. Dementsprechend bildet die anorganische Schicht 5 eine Schutzbeschichtung der darunter angeordneten Resistschicht 4.
Im Gegensatz zu Hartmasken ist die anorganische Schicht 5 auf einer oberseitigen Fläche 4a des Resistmaterials, die vom Substrat 2 wegweist, angeordnet, d. h. oben auf der Resistschicht 4.
Gemäß der Ausführungsform der 4 wird das Resistmaterial der Resistschicht 4 durch elektromagnetische Strahlung (etwa UV oder EUV-Strahlung) oder durch einen Elektronenstrahl oder Ionenstrahl belichtet. Beispielsweise kann zum lithographischen Belichten (und anschließenden Strukturieren) des Resistmaterials elektromagnetische Strahlung verwendet werden. Zu diesem Zweck zeigt 4 schematisch Bereiche eines Reticle-Maskenmusters eines Reticles 30, das in einem Abstand von dem Halbleiterprodukt 1 angeordnet ist. Elektromagnetische Strahlung 4, die die Öffnungen zwischen den Maskenstrukturen des Reticles 30 passiert, kann in das Resistmaterial der Resistschicht 4 eindringen und dadurch lokal die Resistschicht belichten (wie schematisch in 4 durch die gepunkteten Bereiche innerhalb der Resistschicht 4 dargestellt). Hinsichtlich der tatsächlichen Anordnung, die zum Belichten der Resistschicht 4 verwendet wird, ist die 4 lediglich schematisch. In einer realen Belichtungseinrichtung wird ein optisches System zwischen dem Reticle 30 und dem Halbleiterprodukt 1, das mit der Resistschicht 4 und der anorganischen Schicht zum Projizieren des Maskenmusters auf die Resistschicht 4 bedeckt ist, angeordnet sein. Weiterhin wird eine Beleuchtungsquelle und ein weiteres, erstes optisches System zum Beleuchten des Reticles 30 vorgesehen sein. Wie aus 4 ersichtlich, dient die Resistschicht 4 als eine untere Maskenschicht 6a, und die anorganische Schicht 5 bildet eine obere Maskenschicht 6b, wodurch eine Maskenschicht 6 entsteht, die eine oben auf einer organischen Schicht angeordnete anorganische Schicht aufweist. Mit anderen Worten ist die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung erhaltene Maske eine organische Maskenschicht 14, die mit einer schützenden anorganischen Beschichtung 15 bedeckt ist, wie aus 5 hervorgeht.
5 zeigt ein vorläufiges Halbleiterprodukt 1 nach dem Strukturieren (das heißt Ätzen) der Resistschicht 4 zum Ausbilden der Maske 6 für das Ätzen der Halbleiterproduktschicht 3 (oder des Substrats oder einer anderen Schicht, die in einem Abstand von der Substratoberfläche vorgesehen ist). Nach dem Belichten der Resistschicht 4 wie in 4 dargestellt wird der Stapel der Schichten 5 und 4 (4) entsprechend der Anwendung eines Entwicklermediums, das durch das Bezugszeichen 16 angedeutet ist, strukturiert, wodurch eine Maske 6 gebildet wird, die die strukturierte Resistschicht 4 und, ge mäß einer Ausführungsform, weiterhin beibehaltende Bereiche der anorganischen Schicht 5 aufweist.
6 zeigt eine zu 5 alternative Ausführungsform. Gemäß 6 wurde die anorganische Schicht 5 entfernt (beispielsweise gleichzeitig mit dem Entwickeln des Resistmaterials). Zu diesem Zweck kann das anorganische Material, das für die anorganische Schicht 5 verwendet wird, so gewählt werden, dass es durch das verwendete Entwicklermedium 16 geätzt und dadurch entfernt wird.
Wie bereits aus 3 ersichtlich, wird die Dicke der anorganischen Schicht 5 kleiner gewählt, vorzugsweise beträchtlich kleiner gewählt als die Dicke der Resistschicht 4. Die anorganische Schicht 5 kann beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0,25 und 20 Nanometern besitzen, vorzugsweise zwischen 1 und 3 Nanometer. Im Gegensatz dazu besitzen Resistschichten typischerweise eine Dicke von beispielsweise etwa 50 bis 400 Nanometer. Dementsprechend wird die dünne anorganische Schicht (beziehungsweise der Liner) auf der Resistschicht 4 abgeschieden, um eine schützende Beschichtung bereitzustellen, die zur Vermeidung eines Ausdiffundierens, etwa eines Ausgasens, und einer Diffusion von Verunreinigungen von außen in die Resistschicht hinein dient.
Angesichts der geringen Dicke der schützenden Beschichtung, die durch die anorganische Schicht 5 gebildet wird, ist die anorganische Schicht 5 nahezu durchlässig für elektromagnetische Strahlung (oder Elektronen- oder Ionenstrahlung), die zum lokalen Belichten des Resistmaterials eingesetzt wird. Dementsprechend kann die elektromagnetische Strahlung, der Elektronenstrahl oder der Ionenstrahl die anorganische Schicht 5 passieren und in die Resistschicht 4 eindringen.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann das anorganische Material so gewählt werden, dass es als solches durchlässig (sogar bei sehr großen Dicken) für die jeweilige Strahlungswellenlänge ist, die zum Belichten des Resistmaterials verwendet wird. Beispielsweise kann ein anorganisches Material verwendet werden, das im UV-Bereich oder EUV-Bereich durchlässig ist.
Auf der anderen Seite ist gemäß der geringen Dicke der anorganischen Schicht 5 die anorganische Schicht 5 während des Schrittes des Strukturierens, das heißt des Entwickelns der Resistschicht 4 (5 oder alternativ 6) leicht entfernbar. Dementsprechend beeinflusst das anorganische Material kaum die Ätzchemie in dem Schritt des Entwickelns des Resistmaterials mit Hilfe des Entwicklermediums 16.
In beiden Fällen, mit oder ohne beibehaltene Bereiche der anorganischen Schicht 5 oben auf der Resistschicht 4, wird gemäß den 5 und 6 eine strukturierte Maske erhalten, die im Wesentlichen aus der strukturierten Resistschicht 4 gebildet ist. Da während des Belichtens und vor dem Belichten keine Verunreinigungen in das Resistmaterial eindiffundiert sind und kein Ausgasen durch die oberseitige Fläche (Oberseite) der Resistschicht erfolgt ist, wird ein sehr zuverlässiger Prozess des Belichtens und Entwickelns des Resistmaterials erhalten, wodurch das Prozessfenster in der Lithographie beträchtlich vergrößert wird. Dementsprechend werden defekte Schaltkreise mit unerwünschten Brückenstrukturen oder anderen Defekten mikroelektronischer Strukturen zuverlässiger vermieden.
Grundsätzlich kann die anorganische Schicht 5 aus jedem anorganischen Material gebildet werden; insbesondere kann jedes Metall, jedes Metalloxid, jede Metalllegierung oder jedes Oxid einer Metalllegierung verwendet werden. Beispielsweise kann die anorganische Schicht aus beispielsweise Al, Al₂O₃, MgO, HfO_x, BaO, RuO_x, NiFe oder CoFe gebildet werden. Weiterhin kann die anorganische Schicht 5 mehr als eine anorganische Schicht umfassen. Beispielsweise kann eine Aluminiumschicht, eingebettet zwischen zwei Aluminiumoxidschichten, als anorganische Schicht 5 verwendet werden. Die anorganische Schicht bildet eine Versiegelungsschicht, die die oberseitige Fläche der Resistschicht vor Verunreinigungen von außerhalb und vor einer Ausdiffusion in die umgebende Luft schützt.
Durch das anorganische Material, das die anorganische Schicht 5 bildet, werden eine Ausdiffusion und eine Verunreinigung sogar dann wirksam vermieden, wenn sehr dünne anorganische Schichten mit einer Dicke von unterhalb 20 Nanometern, vorzugsweise von unterhalb drei Nanometern verwendet werden. Auf der anderen Seite absorbiert die anorganische Schicht in Folge ihrer geringen Schichtdicke keinen wesentlichen Anteil der Lichtintensität, die zum Belichten des Resists verwendet wird. Außerdem ist die anorganische Schicht leicht entfernbar, da sie aufgrund ihrer geringen Dicke (des anorganischen Liners) schnell durch die Entwicklerkomponente, etwa beispielsweise TMAH (Tetramethylamoniumhydroxid) geätzt wird.
In einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Resist auf einem Substrat oder auf einer Schicht eines Halbleiterprodukts, das das Substrat und unter anderem die Schicht aufweist, ausgebildet werden. Nach dem Soft-Baking der Resistschicht zur Härtung der Resistschicht wird diese mit einer anorganischen Schicht durch eine geeignete Technologie zum Abscheiden der anorganischen Schicht bedeckt. Beispielsweise kann die anorganische Schicht durch eine phy sikalische Gasphasenabscheidung, durch chemische Gasphasenabscheidung, durch Atomic-Layer-Deposition (ALD), durch Spin-Coating (Aufschleuderung) oder durch eine andere Technologie abgeschieden werden. Im Falle einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) beispielsweise kann die Abscheidung gemäß einer modifizierten Ausführungsform eine reaktive Abscheidung sein, bei der das Plasma weiterhin reaktive Teilchen, etwa Sauerstoffradikale, Stickstoffradikale oder eine beliebige andere Art von Radikalen enthält, die mit dem auf der Resistschicht abzuscheidenden Metall reagieren. Dementsprechend wird, obwohl ein metallisches Target verwendet wird, tatsächlich ein Metalloxid oder ein anderes Material (gebildet durch Oxidation, Nitridierung, Fluoridierung oder durch irgendeine andere Reaktion des Metalls mit den jeweiligen Radikalen) abgeschieden, entsprechend der Reaktion der reaktiven Teilchen mit den gesputterten Metallatomen.
Ungeachtet der jeweiligen Technologie zum Abscheiden der anorganischen Schicht kann das Verfahren mit dem lithographischen Belichten der Maske 6 fortgesetzt werden, die aus der Resistschicht 4 und der anorganischen Schicht 5 besteht. Typischerweise wird ein Muster eines Reticles auf die Maske 6 projiziert. Das lithographische Strukturieren der Resistschicht kann zum Beispiel mit Hilfe der UV-Lithographie oder der EUV-Lithographie durchgeführt werden. Alternativ kann ein Elektronenstrahl oder Ionenstrahl zum Strukturieren der Resistschicht eingesetzt werden. Im Falle der EUV-Lithographie wird vorzugsweise eine Niederdruckatmosphäre oder ein Vakuum eingesetzt. Da herkömmlich das Ausdiffundieren insbesondere im Falle einer Niederdruckatmosphäre oder im Falle des Vakuums kritisch ist, wird mit Hilfe der oben auf der Resistschicht angeordneten anorganischen Schicht eine beträchtliche Verbesserung des Prozessfensters erreicht.
Alternativ kann das lithographische Belichten der Resistschicht mit Hilfe der Immersionslithographie durchgeführt werden, beispielsweise im Falle der UV-Lithographie bei einer Wellenlänge von beispielsweise 193 oder 157 Nanometern. Eine Immersionsflüssigkeit wird dann auf die obere Fläche der anorganischen Schicht aufgebracht, wobei die Immersionsflüssigkeit einen Zwischenraum zwischen der anorganischen Schicht, einer Frontlinse und einem Gehäuse füllt, welches Gehäuse die Frontlinse seitlich umgibt und sicherstellt, dass der Zwischenraum zwischen der Frontlinse und dem zu strukturierenden Bereich der Halbleiterproduktoberfläche (das heißt dem entsprechenden Bereich der darauf angeordneten anorganischen Schicht) vollständig mit der Immersionsflüssigkeit ausgefüllt ist. Die Immersionsflüssigkeit vergrößert in Folge ihres hohen Brechungsindizes das Prozessfenster für die lithographische Strukturierung, indem sie die numerische Apertur vergrößert. Im Falle der Immersionslithographie verhindert die anorganische Schicht eine Verunreinigung des Resistmaterials durch Moleküle der Immersionsflüssigkeit. Die anorganische Schicht ermöglicht weiterhin den Einsatz von Immersionsflüssigkeiten, die mit der Resistschicht chemisch reagieren könnten oder die in die Resistschicht eindringen könnten, die aber nun mit Hilfe des Materials der anorganischen Schicht von der Resistschicht getrennt werden.
Ungeachtet der jeweiligen Technologie zum lithographischen Belichten der Resistschicht kann das Verfahren dann mit einem optionalen post exposure baking-Schritt fortgesetzt werden, um die belichtete Resistschicht weiter zu härten. Anschließend kann die Maske, die aus der Resistschicht und der anorganischen Schicht gebildet ist, mit Hilfe eines Entwicklermediums, beispielsweise einer aus dem Stand der Technik bekann ten alkalischen Komponente, strukturiert werden. Beispielsweise kann TMAH oder irgendein anderes Entwicklermedium eingesetzt werden. Die anorganische Schicht kann durch denselben Entwickler entfernt werden, der zum Entwickeln des Resistmaterials eingesetzt wird. Alternativ kann zuerst die anorganische Schicht in einem vorherigen Ätzschritt mit Hilfe einer separaten Ätzkomponente geätzt werden. Weiterhin kann die Entwicklerkomponente so gewählt werden, dass sie eine Komponente enthält, die in der Lage ist, das anorganische Material zu ätzen und dadurch zu entfernen. Jedenfalls kann angesichts der geringen Dicke der anorganischen Schicht bereits eine moderate Selektivität des Entwicklermediums gegenüber dem belichteten Resistmaterial und dem anorganischen Material ausreichend sein.
Nach dem Entwickeln und Strukturieren der Resistschicht entsteht eine strukturierte Resistschicht, die auf dem Halbleiterprodukt eine strukturierte Maske bildet. Die strukturierte Maske kann die strukturierte anorganische Schicht mit umfassen. Alternativ kann die anorganische Schicht auf der nachher erhaltenen strukturieren Resistschicht entfernt sein.
Grundsätzlich ist festzuhalten, dass die in dieser Anmeldung genannte Resistschicht ebenso ein Schichtenstapel aus mehr als einer Schicht sein kann. Beispielsweise kann der Resistschicht(-enstapel) eine ARC-Schicht (anti-reflective coating) zusätzlich umfassen oder kann eine Resist-Doppelschicht oder -Multischicht umfassen.
Dementsprechend stellt die Resistschicht allgemein ein Resistschichtsystem dar, dass mindestens eine organische Resistschicht umfasst. Nach dem Strukturieren der Resistschicht kann die anorganische Schicht, sofern sie noch auf der struk turierten Resistschicht vorhanden ist, weiteren Prozessschritten unterzogen werden.
8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform zum Abscheiden der anorganischen Schicht auf der Resistschicht 4. Gemäß der Ausführungsform der 8 wird eine physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) zum Abscheiden des anorganischen Materials auf der organischen Resistschicht verwendet. Das Halbleiterprodukt 1 mit dem Substrat 2 ist auf einem Substrathalter 8 angeordnet. In einem gegenüberliegenden Bereich innerhalb einer Sputter-Kammer 13 wird ein Sputter-Target als Gegenelektrode 9 eingesetzt, wobei die Gegenelektrode über eine kapazitive Kopplung an eine Hochfrequenzquelle HF angeschlossen ist. Gemäß der Anwendung eines elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes wird in der Sputter-Kammer 13 ein Plasma erzeugt. Zu diesem Zweck wird eine Sputtergas-Komponente 12 der Sputter-Kammer 13 zugeführt und strömt durch das Volumen innerhalb der Sputter-Kammer. Die Hochfrequenzquelle HF erzeugt ein Plasma 11, das aus Sputter-Gasteilchen gebildet ist, die auf die Gegenelektrode 9 aufschlagen und aus ihr Atome herauslösen. Beispielsweise kann Argon oder Krypton als Sputter-Gas verwendet werden. Weiterhin kann ein metallisches oder ein metalloxidisches Target als Gegenelektrode 9 verwendet werden. Im Falle eines Metall-Targets kann die Gegenelektrode aus Aluminium bestehen. Diejenigen Aluminiumatome, die mit Hilfe des Plasmas gesputtert werden, durchqueren das Volumen der Sputter-Kammer und werden auf der oberen Fläche der Resistschicht 4 abgeschieden. Dementsprechend wird darauf eine metallische anorganische Schicht abgeschieden, wie in 3 dargestellt. Im Falle des Aufwachsens einer metallischen anorganischen Schicht kann ein nachfolgender Schritt des Oxidierens der metallischen Schicht durchgeführt werden, wodurch eine Metalloxidschicht als anorganische Schicht 5 ge bildet wird. Alternativ kann, beispielsweise im Falle einer reaktiven Sputter-Abscheidung, eine zusätzliche, reaktive Sputter-Gas-Komponente wie Sauerstoff in dem Sputter-Kammervolumen vorgesehen sein, wobei die Sauerstoffteilchen sich ebenfalls auf der oberen Fläche der Resistschicht 4 abscheiden und dadurch eine Aluminiumoxidschicht (oder eine andere Art von Metalloxidschicht oder Metalllegierungs-Oxidschicht) auf der Resistschicht 4 aufwächst. Dementsprechend ist kein anschließender Schritt des Oxidierens der anorganischen Schicht erforderlich. Vorzugsweise wird eine sehr dünne metallische Schicht von zwischen 1 und 3 Nanometern oder, allgemeiner, von zwischen 0,25 und 20 Nanometern aufgewachsen. Die Sputter-Abscheidung kann eine Gleichstrom-Magneton-Sputter-Abscheidung oder eine Wechselstrom-Magneton-Sputter-Abscheidung sein. Der Abstand zwischen dem Substrat und dem Gegenelektroden-Target kann in geeigneter Weise gewählt werden, und weitere Parameter können in geeigneter Weise gewählt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Aluminiumoxid-Schicht durch Radiofrequenz-Magneton-Sputtern abgeschieden. Weiterhin kann ein Argon-Plasma oder Krypton-Plasma verwendet werden, insbesondere im Falle der Verwendung von Belichtungswellenlängen von 193 Nanometern oder 157 Nanometern für die anschließende Belichtung der Resistschicht.
Wie oben erwähnt, kann ein metallisches Material statt eines Metalloxid-Materials als anorganische Schicht abgeschieden werden. In diesem Fall kann eine anschließende Oxidation durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine abgeschiedene metallische anorganische Schicht durch Aufheizen des Substrats in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oxidiert werden.
Nachdem die anorganische Schicht 5 auf der Resistschicht 4 ausgebildet ist, wird die Resistschicht belichtet.
9 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform zum Belichten der Resistschicht 4. Zu diesem Zweck wird das Halbleitersubstrat 1 einschließlich der Resistschicht 4 und der anorganischen Schicht 5 in einem Belichtungsgerät bearbeitet, das eine Beleuchtungsquelle 18, ein optisches System 19 und eine Reticle-Maske 30 aufweist. Das optische System 19 kann ein erstes optisches System 19a zum Beleuchten der Reticle-Maske 30 und ein zweites optisches System 19b zum Projizieren des Maskenmusters, das auf der Reticle-Maske 30 vorgesehen ist, auf das Halbleiterprodukt 1 umfassen, um die darauf angeordnete Resistschicht 4 lithographisch zu belichten. Infolge der geringen Dicke der anorganischen Schicht 5 von vorzugsweise zehn bis 20 Nanometern – abhängig von dem Material – tritt keine nennenswerte Absorption der UV- oder EUV-Strahlung auf. Die anorganische Schicht verhindert ein Ausgasen von Komponenten des Resistschichtmaterials und verhindert eine Verunreinigung des Resistmaterials durch die umgebende Atmosphäre her (soweit vorhanden). Insbesondere im Falle der EUV-Lithographie wird die Belichtung auch im Vakuum oder in einer Niederdruckatmosphäre durchgeführt, wobei die anorganische Schicht sehr wirksam ein Ausgasen verhindert und die Performance der lithographischen Belichtung verbessert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der lithographischen Belichtung, die in 10 dargestellt ist, wird die Immersionslithographie zum Belichten der Resistschicht 4 eingesetzt. Das optische System 19 umfasst vorzugsweise eine Frontlinse 21, die in einer Frontlinsenfassung 22 montiert ist, die so konstruiert ist, dass sie in geringem Abstand von einer oberen Fläche 5a der anorganischen Schicht 5 (oder in geringem Abstand oberhalb der Resistschicht des Halbleiterprodukts) gehalten wird. Das Lithographiegerät besitzt eine Art Showerhead-Anordnung, die eine Immersionsflüssigkeit (etwa deionisiertes Wasser oder eine andere Flüssigkeit mit hohem Brechungsindex) in den Zwischenraum zwischen der Frontlinse 21 und der anorganischen Schicht 5 einfüllt, um die numerische Apertur zu vergrößern. Vorzugsweise umschließt die Frontlinsenfassung 22 einen Volumenbereich, der mit der Immersionsflüssigkeit 15 zu füllen ist. Eine geeignete Immersionsflüssigkeits-Versorgung führt frische Immersionsflüssigkeit zu, die die lithographische Belichtung sicherstellt.
Gemäß der anorganischen Schutzschicht, die gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung auf der Resistschicht vorgesehen ist, kann keine Verunreinigung des Resistschichtmaterials durch Verunreinigungen (Kontaminationsstoffe), die in der Immersionsflüssigkeit enthalten sind, erfolgen. Weiterhin können im Gegensatz zur herkömmlichen Immersionslithographie andere Immersionsflüssigkeitsmaterialen statt deionisierten Wassers eingesetzt werden, da die Moleküle der Immersionsflüssigkeit wegen der Anwesenheit der anorganischen Schicht 5 nicht mehr in das Resistmaterial eindringen können. Dementsprechend ermöglicht die anorganische Schicht die Verwendung von Arten von Immersionsflüssigkeiten, die herkömmlich wegen unerwünschter chemischer Reaktionen oder Verunreinigungen innerhalb des Resistmaterials nicht eingesetzt werden können.
Die anorganische Schicht kann aus Aluminiumoxid oder Aluminium oder einem beliebigen anderen Metall, Metalllegierung, Metalloxid oder Metalllegierungsoxid bestehen.
Gemäß 10 wird ein Halbleiterprodukt 1 auf einer Scan-Bühne 23 angeordnet, um nacheinander eine Vielzahl von Wafer-Oberflächenbereichen zu belichten. Die Scan-Bühne kann Teil eines Stepper- und/oder Scan-Gerätes sein. Die Immersionslithographie kann beispielsweise angewandt werden, wenn eine Belichtungswellenlänge von 193 oder 157 Nanometer eingesetzt wird. Unabhängig von der geringen Dicke der anorganischen Schicht 5 kann das Material der anorganischen Schicht 5 so gewählt werden, dass es in dem zum Belichten der Resistschicht verwendeten Wellenlängenbereich transparent ist. Dementsprechend kann die Transparenz der anorganischen Schicht sowohl von den transparenten Materialeigenschaften des anorganischen Materials als auch von der geringen Schichtdicke der anorganischen Schicht her resultieren.
Durch den Kontakt des Resistmaterials der Resistschicht 4 mit dem anorganischen Material der anorganischen Schicht 5 über die gesamte Oberseite der Resistschicht 4 werden eine Ausdiffusion und eine Verunreinigung des Resistmaterials wirksam verhindert. Die chemisch inerte anorganische Schicht, die als Versiegelungsschicht oder Schutzschicht dient, vergrößert das Prozessfenster für das lithographische Belichten der Resistschicht beträchtlich, und das Auftreten defekter Strukturen wie etwa Brückenstrukturen wird beträchtlich verringert.
Die Ausführungsformen der Erfindung verhindern wirksam eine Diffusion aus einer oder in eine Resistschicht und ein Ausgasen einer Resistschicht. Entsprechend der Zusammensetzung organischer Materialien wie etwa von Polymeren (die zur Bildung photoaktiver Moleküle benötigt werden) kann die Resistschicht eine Ausdiffusion von Bestandteilen des Resistmaterials und einer Verunreinigung mit Partikeln, die aus der umgebenden Luft oder Atmosphäre in das Resistmaterial eindringen, ausge setzt werden. Die ausgasenden Komponenten können weiterhin die optischen Oberflächen der Lithographieeinrichtung (beispielsweise die Linsenoberflächen) verunreinigen, wodurch das Prozessfenster verringert wird und ein erhöhter Aufwand zur Wartung der Lithographieeinrichtung entsteht. Da die beim Belichten des Resistmaterials zu bildenden Säuremoleküle zum Auflösen des Resistmaterials beim Entwickeln benötigt werden, beeinflusst die Konzentration der Säuremoleküle den Prozess des Auflösens des Resistmaterials wesentlich. Wenn jedoch die umgebende Luft oder Atmosphäre alkalische Komponenten enthält, die in der Lage sind, mit den Säuremolekülen oder ihren Vorgängermolekülen zu reagieren, wird die Säuremolekül-Konzentration durch die Verunreinigungen in der umgebenden Atmosphäre beeinflusst. Da die Verunreinigungen aus der Atmosphäre in das Resistmaterial vor der Belichtung und während der Belichtung eindringen können, ist das Prozessfenster zum Belichten und Entwickeln der Resistschicht verringert. Dadurch können herkömmlich Defekte mikroelektronische Elemente (wie Brückenstrukturen beibehaltenen Resistmaterials, wo es erwartungsgemäß zu entfernen wäre) auftreten. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung überwinden wirksam all diese Nachteile, ermöglichen die Bildung von stärker inerten Resistschichten und erhöhen das Prozessfenster.

1: Halbleiterprodukt
2: Substrat
3: Schicht
4: Resistschicht
4a: oberseitige Fläche
5: anorganische Schicht
5a: obere Fläche
6: Maske
6a: untere Maskenschicht
6b: obere Maskenschicht
7: Sputtereinrichtung
8: Waferhalter
9: Gegenelektrode
11: Plasma
12: Sputtergaskomponente
13: Sputterkammer
14: Maskenschicht
15: anorganische Beschichtung
16: Entwicklermedium
18: Belichtungsquelle
19: optisches System
19a: erstes optisches System
19b: zweites optisches System
21: Frontlinse
22: Frontlinsenfassung
23: Scan-Bühne
25: Immersionsflüssigkeit
30: Reticle-Maske
40: elektromagnetische Strahlung
HF: Hochfrequenzgenerator

Claims

Verfahren zum Herstellen einer strukturierten Resistschicht zum Strukturieren eines Substrats, wobei das Verfahren folgendes umfasst: – Ausbilden einer Resistschicht (4) auf dem Substrat oder oberhalb eines Substrats (2), – Ausbilden einer anorganischen Schicht (5) auf der Resistschicht (4), wobei die Dicke der anorganischen Schicht (5) und deren Material derart gewählt sind, dass die anorganische Schicht für elektromagnetische Strahlung, die zum Belichten der Resistschicht (4) verwendet wird, durchlässig ist, – lithographisches Belichten der mit der anorganischen Schicht (5) bedeckten Resistschicht (4) und – Strukturieren der mit der anorganischen Schicht (5) bedeckten Resistschicht (4) durch Ätzen, wodurch eine strukturierte Resistschicht gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) ein Substrat eines Halbleiterprodukts (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) ein Substrat einer Reticle-Maske ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) ein Metall und/oder ein Metalloxid enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) eine Dicke von zwischen 0,25 und 20 nm besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Resistschicht (4) aus einem organischen Material gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) auf der Resistschicht (4) mit Hilfe einer PVD-Abscheidung, einer CVD-Abscheidung oder einer ALD-Abscheidung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) auf der Resistschicht (4) mit Hilfe einer Sputter-Abscheidung oder einer Verdampfung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) ausgebildet wird, indem auf die Resistschicht (4) ein Metall abgeschieden wird, um eine Metallschicht auszubilden, und indem nachfolgend die Metallschicht teilweise oder vollständig in die anorganische Schicht (5) umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) durch Abscheiden einer Metallschicht auf die Resistschicht (4) und durch Oxidieren der Metallschicht ausgebildet wird, wodurch eine Oxidschicht entsteht.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) auf der Resistschicht (4) mit Hilfe einer reaktiven Sputter-Abscheidung ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die reaktive Sputter-Abscheidung unter Verwendung von Sauerstoff oder Stickstoff oder einer Kombination beider als reaktiver Sputtergaskomponente durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) auf der Resistschicht (4) mit Hilfe einer Aufschleuderung ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) mindestens ein Element der Gruppe enthält, die aus den Metallen Al, Mg, Hf, Ba, Ni, Co, Fe, Ru, Ta, Ti, W und deren Legierungen und deren Oxiden gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Schicht (5) mindestens ein Element der Gruppe aus Al, Al₂O₃, MgO, HfO_x, BaO, RuO_x, NiFe und CoFe enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Resistschicht (4) mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung (40) lithographisch belichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin das Strukturieren des Substrats (2) durch Ätzen des Substrats durch die als Maske (14) dienende strukturierte Resistschicht (4) hindurch umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin das Entfernen der strukturierten Resistschicht (4) nach dem Strukturieren des Substrats (2) oder einer auf dem Substrat angeordneten Schicht (3) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturieren der Resistschicht (4) das vorherige Strukturieren der anorganischen Schicht (5) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Belichten der Resistschicht (4) das Vorsehen einer Immersionsflüssigkeit (25) auf der anorganischen Schicht (5) und das Durchleiten elektromagnetischer Strahlung (40) durch die Immersionsflüssigkeit (25) und durch die anorganische Schicht (5) in die Resistschicht (4) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Immersionsflüssigkeit (25) deionisiertes Wasser oder ein fluides Medium mit einem größeren Brechungsindex als Wasser ist.