DE102021113271A1

DE102021113271A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelement und Musterbildungsverfahren

Info

Publication number: DE102021113271A1
Application number: DE102021113271.1A
Authority: DE
Inventors: Chih-Cheng Liu; Ming-Hui Weng; Jr-Hung Li; Yahru CHENG; Chi-Ming Yang; Tze-Liang Lee; Ching-Yu Chang
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2020-07-02
Filing date: 2021-05-21
Publication date: 2022-01-05
Also published as: JP2022013909A; CN113568271A; KR20220003967A; US20220005687A1; TW202212970A; TWI773415B; EP3933506A1; KR102647995B1

Abstract

Bei einem Musterbildungsverfahren wird eine Fotolackschicht über einem Substrat gebildet durch Kombinieren eines ersten Vorläufers und eines zweiten Vorläufers in einem Dampfzustand, um ein Fotolackmaterial zu bilden. Der erste Vorläufer ist ein metallorganisches Material mit einer Formel MaRbXc, wobei M eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Bi, Sb, In und Te, R eine Alkylgruppe ist, die durch eine unterschiedliche EDG und/oder EWG substituiert ist, X eine Halogenid- oder Sulfonatgruppe ist, und 1 ≤ a ≤ 2, b ≥ 1, c ≥ 1 und b + c ≤ 4. Der zweite Vorläufer ist Wasser, ein Amin, ein Boran und/oder ein Phosphin. Das Fotolackmaterial wird über dem Substrat abgeschieden und selektiv mit aktinischer Strahlung belichtet, um ein latentes Muster zu bilden, und das latente Muster wird durch Aufbringen eines Entwicklers auf die selektiv belichtete Fotolackschicht entwickelt, um ein Muster zu bilden.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/047,350 , eingereicht am 2. Juli 2020, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 63/049,956 , eingereicht am 9. Juli 2020, wobei der gesamte Inhalt von jeder davon durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Da die Verbrauchervorrichtungen als Reaktion auf die Verbrauchernachfrage immer kleiner werden, muss auch die Größe der einzelnen Komponenten dieser Vorrichtungen verringert werden. Halbleiterbauelemente, die eine Hauptkomponente von Vorrichtungen wie Mobiltelefonen, Computer-Tablets und dergleichen bilden, werden gezwungenermaßen immer kleiner, wobei ein entsprechender Druck auf den einzelnen Bauelementen (z. B. Transistoren, Widerstände, Kondensatoren) innerhalb der Halbleiterbauelemente lastet, dass sie ebenfalls kleiner werden.
Eine Grundlagentechnologie, die in den Herstellungsprozessen von Halbleiterbauelementen eingesetzt wird, ist die Verwendung von fotolithografischen Materialien. Solche Materialien werden auf die Fläche einer zu strukturierenden Schicht aufgetragen und dann gegenüber einer Energie ausgesetzt, die selbst strukturiert wurde. Durch eine solche Belichtung werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften der belichteten Bereiche des lichtempfindlichen Materials modifiziert. Diese Modifikation kann zusammen mit der fehlenden Modifikation in Bereichen des lichtempfindlichen Materials, die nicht belichtet wurden, ausgenutzt werden, um einen Bereich zu entfernen, ohne den anderen zu entfernen.
Da die Größe der einzelnen Bauelemente jedoch verringert wurde, sind die Prozessfenster für die fotolithografische Bearbeitung immer enger geworden. Daher sind Fortschritte auf dem Gebiet der fotolithografischen Verarbeitung notwendig, um die Fähigkeit zur Verkleinerung der Bauelemente zu erhalten, und es sind weitere Verbesserungen erforderlich, um die gewünschten Designkriterien zu erfüllen, sodass der Marsch zu immer kleineren Komponenten beibehalten werden kann.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verständlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Es wird betont, dass entsprechend der üblichen Branchenpraxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind und nur zur Veranschaulichung dienen. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Diskussion beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

1 veranschaulicht einen Prozessfluss zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
2 zeigt eine Prozessstufe eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
Die 3A und 3B zeigen ein Prozessstadium eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
Die 4A und 4B zeigen ein Prozessstadium eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
5 zeigt eine Prozessstufe eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
6 zeigt eine Prozessstufe eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
7A zeigt metallorganische Vorläufer gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
7B zeigt metallorganische Vorläufer gemäß Ausführungsformen der Offenbarung.
8 zeigt eine Fotolack-Abscheidungseinrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
9A zeigt eine Reaktion, welcher die Fotolackschicht als ein Ergebnis der Belichtung mit aktinischer Strahlung und der Erhitzung unterzogen wird, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
9B zeigt eine Reaktion, welcher die Fotolackschicht als ein Ergebnis der Belichtung mit aktinischer Strahlung und der Erhitzung unterzogen wird, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
10 zeigt eine Prozessstufe eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
Die 11A und 11B zeigen ein Prozessstadium eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
Die 12A und 12B zeigen ein Prozessstadium eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
13 zeigt eine Prozessstufe eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
14 zeigt eine Prozessstufe eines sequenziellen Vorgangs gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
Die 15A, 15B, 15C, 15D, 15E und 15F zeigen verschiedene Stadien eines sequenziellen Herstellungsvorgangs eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
Die 15G, 15H, 15I und 15J zeigen verschiedene Stadien eines sequenziellen Herstellungsvorgangs eines Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass die folgende Offenbarung viele unterschiedliche Ausführungsformen bzw. -beispiele zur Umsetzung unterschiedlicher Merkmale der Offenbarung bereitstellt. Um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen, werden nachstehend konkrete Ausführungsformen bzw. -beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht einschränkend sein. Beispielsweise sind die Abmessungen von Elementen nicht auf die offenbarten Bereiche oder Werte beschränkt, sondern können von den Prozessbedingungen und/oder gewünschten Eigenschaften des Bauelements abhängen. Außerdem kann die Bildung eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen einschließen, bei welchen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet werden, und auch Ausführungsformen einschließen, bei welchen zusätzliche Merkmale derart zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal gebildet werden können, dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt sind. Verschiedene Merkmale können der Einfachheit und Klarheit halber beliebig in verschiedenen Maßstäben gezeichnet sein.
Ferner können räumlich relative Begriffe wie „unter“, „unterhalb“, „untere/r/s“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und dergleichen hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elementes oder Merkmals zu einem anderen Element (anderen Elementen) oder Merkmal(en), wie in den Figuren veranschaulicht, zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen des Bauelements im Gebrauch oder Betrieb umfassen. Das Bauelement kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die vorliegend verwendeten räumlich relativen Beschreibungen können ebenso entsprechend interpretiert werden. Außerdem kann der Begriff „hergestellt aus“ entweder „umfassend“ oder „bestehend aus“ bedeuten.
Da die Halbleiterindustrie im Streben nach höherer Bauelementedichte, höherer Performance und niedrigeren Kosten in die Prozessknoten der Nanometertechnologie vorgedrungen ist, sind Herausforderungen bezüglich der Reduzierung der Halbleitermerkmalsgröße vorhanden. Die extrem ultraviolette Lithographie (extreme ultraviolet lithography - EUVL) wurde entwickelt, um kleinere Halbleiterbauelement-Merkmalsgrößen zu bilden und die Bauelementedichte auf einem Halbleiterwafer zu erhöhen. Um die EUVL zu verbessern, ist eine Erhöhung des Wafer-Belichtungsdurchsatzes wünschenswert. Der Wafer-Belichtungsdurchsatz kann durch eine höhere Belichtungsleistung oder eine höhere Lack-Belichtungsgeschwindigkeit (Empfindlichkeit) verbessert werden. Andererseits ist es zur Kostenreduzierung wünschenswert, die extrem ultraviolette (EUV) Dosierung zu reduzieren.
Metallhaltige Fotolacke werden bei der extrem ultravioletten (EUV) Lithografie eingesetzt, da Metalle ein hohes Absorptionsvermögen für extrem ultraviolette Strahlung aufweisen und somit die Lack-Belichtungsgeschwindigkeit erhöhen. Metallhaltige Fotolackschichten können jedoch während der Bearbeitung ausgasen, was dazu führen kann, dass sich die Qualität der Fotolackschicht im Laufe der Zeit verändert, und Verunreinigungen entstehen können, wodurch die Lithografie-Performance negativ beeinflusst wird und Defekte zunehmen.
Außerdem kann eine ungleichmäßige Belichtung des Fotolacks, insbesondere in tieferen Abschnitten der Fotolackschicht, zu einem ungleichmäßigen Vernetzungsgrad des Fotolacks führen. Eine ungleichmäßige Belichtung resultiert daraus, dass eine geringere Menge an Lichtenergie die unteren Abschnitte der Fotolackschicht erreicht. Die ungleichmäßige Belichtung kann zu einer schlechten Linienbreitenrauigkeit (line width roughness - LWR) führen, wodurch die Bildung eines Lackprofils mit gerader Kante verhindert wird.
Außerdem können die Lösungsmittel, die bei der Bildung und Entwicklung von lösungsmittelbasierten Fotolacken verwendet werden, toxisch sein. Ein umweltfreundlicherer Prozess der Bildung von Fotolackschichten und der nachfolgenden Musterbildung ohne die Verwendung toxischer Lösungsmittel ist wünschenswert.
Außerdem werden bei einem Schleuderbeschichtungsprozess möglicherweise nur 2-5 % des auf dem Substrat verteilten Materials verwendet, während die übrigen 95-98 % während des Schleuderbeschichtungsvorgangs abgeschleudert werden. Ein Fotolack-Abscheidungsvorgang mit hoher Materialverwendungseffizienz ist wünschenswert.
Außerdem ist die Dichte der schleuderbeschichteten Fotolackfilme möglicherweise nicht gleichmäßig. In einigen Abschnitten kann es zu einer Aggregation des Fotolackfilms kommen.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass die Vorgänge zur Bildung und Strukturierung der Fotolackschicht eine Metallverunreinigung der Bearbeitungskammern und der Substrathandhabungsausrüstung durch die Metalle in metallhaltigen Fotolacken erheblich reduzieren oder verhindern.
In Ausführungsformen der Offenbarung werden die vorstehenden Probleme durch Abscheiden eines Fotolacks auf einem Substrat durch einen Aufdampfungsvorgang, einschließlich Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition - ALD) oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition - CVD) des Fotolackmaterials, behoben. Fotolackschichten, die durch einen Dampfphasenabscheidungsvorgang gemäß Ausführungsformen der Offenbarung abgeschieden werden, stellen Fotolackschichten bereit, die eine steuerbare Filmdicke und eine hohe Filmgleichmäßigkeit und -dichte über eine große Abscheidungsfläche aufweisen. Darüber hinaus schließen Ausführungsformen der Offenbarung eine lösungsmittelfreie Bildung von Fotolackschichten ein, wodurch ein umweltfreundlicherer Prozess bereitgestellt wird. Außerdem ist der Fotolack-Abscheidungsvorgang in einigen Ausführungsformen ein Eintopfverfahren (durchgeführt in einer einzelnen Kammer), wodurch die Herstellungseffizienz erhöht und die Metallverunreinigung der Bearbeitungskammern begrenzt oder verhindert wird. In einigen Ausführungsformen wird die Abstimmung der Bindungsdissoziationsenergie (bond dissociation energy - BDE) verwendet, um die Effizienz des EUV-Belichtungsvorgangs zu erhöhen.
1 veranschaulicht einen Prozessfluss 100 zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. In einigen Ausführungsformen wird in Vorgang S110 ein Lack auf eine Fläche einer zu strukturierenden Schicht oder eines Substrats 10 aufgetragen, um eine Lackschicht 15 zu bilden, wie in 2 gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist der Lack ein metallhaltiger Fotolack, der durch CVD oder ALD gebildet wird. In einigen Ausführungsformen wird die Lackschicht 15 dann nach dem Abscheiden einem ersten Erhitzungsvorgang S120 unterzogen. In einigen Ausführungsformen wird die Lackschicht auf eine Temperatur von etwa 40 °C bis etwa 120 °C für etwa 10 Sekunden bis etwa 10 Minuten erhitzt.
Nach dem optionalen ersten Erhitzungsvorgang S120 oder dem Lackabscheidungsvorgang S110 wird die Fotolackschicht 15 im Vorgang S130 selektiv mit aktinischer Strahlung 45/97 (siehe 3A und 3B) belichtet. In einigen Ausführungsformen wird die Fotolackschicht 15 selektiv oder musterweise mit ultravioletter Strahlung belichtet. In einigen Ausführungsformen kann die ultraviolette Strahlung tiefe ultraviolette Strahlung (deep ultraviolet radiation - DUV) sein. In einigen Ausführungsformen kann die ultraviolette Strahlung extrem ultraviolette Strahlung (EUV) sein. In einigen Ausführungsformen wird die Fotolackschicht selektiv oder musterweise mit einem Elektronenstrahl belichtet.
Wie in 3A gezeigt, durchläuft die Belichtungsstrahlung 45 in einigen Ausführungsformen eine Fotomaske 30, bevor sie die Fotolackschicht 15 bestrahlt. In einigen Ausführungsformen weist die Fotomaske ein Muster auf, das in der Fotolackschicht 15 repliziert werden soll. Das Muster wird in einigen Ausführungsformen durch ein undurchlässiges Muster 35 auf dem Fotomasken-Substrat 40 gebildet. Das undurchlässige Muster 35 kann aus einem für ultraviolette Strahlung undurchlässigen Material, wie z. B. Chrom, gebildet sein, während das Fotomasken-Substrat 40 aus einem für ultraviolette Strahlung durchlässigen Material, wie z. B. Quarzglas, gebildet ist.
In einigen Ausführungsformen wird die selektive oder musterweise Belichtung der Fotolackschicht 15 zur Bildung belichteter Bereiche 50 und unbelichteter Bereiche 52 unter Verwendung von extrem ultravioletter Lithographie durchgeführt. Bei einem Vorgang der extrem ultravioletten Lithographie wird in einigen Ausführungsformen eine reflektierende Fotomaske 65 verwendet, um das strukturierte Belichtungslicht zu bilden, wie in 3B gezeigt. Die reflektierende Fotomaske 65 schließt ein Glassubstrat 70 mit geringer Wärmeausdehnung ein, auf dem eine reflektierende Multischicht 75 aus Si und Mo gebildet ist. Auf der reflektierenden Multischicht 75 sind eine Deckschicht 80 und eine Absorberschicht 85 gebildet. Auf der Rückseite des Substrats 70 mit geringer Wärmeausdehnung ist eine hintere leitfähige Schicht 90 gebildet. Extrem ultraviolette Strahlung 95 wird in einem Einfallswinkel von etwa 6° auf die reflektierende Fotomaske 65 gerichtet. Ein Abschnitt 97 der extrem ultravioletten Strahlung wird von der Si/Mo-Multischicht 75 in Richtung des fotolackbeschichteten Substrats 10 reflektiert, während der Abschnitt der extrem ultravioletten Strahlung, der auf die Absorberschicht 85 einfällt, von der Fotomaske absorbiert wird. In einigen Ausführungsformen befinden sich zusätzliche Optiken, einschließlich Spiegeln, zwischen der reflektierenden Fotomaske 65 und dem fotolackbeschichteten Substrat.
In einigen Ausführungsformen wird die Belichtung mit Strahlung durchgeführt, indem das fotolackbeschichtete Substrat in einem Fotolithografiewerkzeug platziert wird. Das Fotolithografiewerkzeug schließt eine Fotomaske 30/65, Optiken, eine Belichtungsstrahlungsquelle zur Bereitstellung der Strahlung 45/97 für die Belichtung und eine bewegliche Plattform zum Tragen und Bewegen des Substrats unter der Belichtungsstrahlung ein.
In einigen Ausführungsformen werden die Optiken (nicht gezeigt) im Fotolithografiewerkzeug verwendet, um die Strahlung auszudehnen, zu reflektieren oder anderweitig zu steuern, bevor oder nachdem die Strahlung 45/97 durch die Fotomaske 30/65 strukturiert wird. In einigen Ausführungsformen schließen die Optiken ein(e/n) oder mehrere Linsen, Spiegel, Filter und Kombinationen davon ein, um die Strahlung 45/97 entlang ihres Pfads zu steuern.
In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei der Strahlung um elektromagnetische Strahlung, wie z. B. g-Linie (Wellenlänge von etwa 436 nm), i-Linie (Wellenlänge von etwa 365 nm), ultraviolette Strahlung, weit ultraviolette Strahlung, extrem ultraviolette Strahlung, Elektronenstrahlen oder dergleichen. In einigen Ausführungsformen ist die Strahlungsquelle eines oder mehrere von z. B. einer Quecksilberdampflampe, Xenonlampe, Kohlebogenlampe, einem KrF-Excimer-Laserlicht (Wellenlänge von 248 nm), einem ArF-Excimer-Laserlicht (Wellenlänge von 193 nm), einem F₂-Excimer-Laserlicht (Wellenlänge von 157 nm) oder einem CO₂-Laser-angeregten Sn-Plasma (extrem ultraviolette Strahlung, Wellenlänge von 13,5 nm).
Die Menge der elektromagnetischen Strahlung kann durch eine Fluenz oder Dosis charakterisiert sein, die sich aus dem integrierten Strahlungsfluss gegenüber der Belichtungszeit ergibt. Geeignete Strahlungsfluenzen liegen in einigen Ausführungsformen im Bereich von etwa 1 mJ/cm² bis etwa 150 mJ/cm², in anderen Ausführungsformen von etwa 2 mJ/cm² bis etwa 100 mJ/cm² und in anderen Ausführungsformen und von etwa 3 mJ/cm² bis etwa 50 mJ/cm². Ein Durchschnittsfachmann versteht, dass zusätzliche Bereiche von Strahlungsfluenzen innerhalb der vorstehenden expliziten Bereiche in Betracht gezogen werden und in der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
In einigen Ausführungsformen wird die selektive oder musterweise Belichtung mit einem Rasterelektronenstrahl durchgeführt. Bei der Elektronenstrahllithografie induziert der Elektronenstrahl Sekundärelektronen, die das bestrahlte Material modifizieren. Unter Verwendung der Elektronenstrahllithografie und den hierin offenbarten metallhaltigen Lacken ist eine hohe Auflösung erreichbar. Elektronenstrahlen können durch die Energie des Strahls charakterisiert sein und geeignete Energien liegen im Bereich von etwa 5 V bis etwa 200 kV (Kilovolt) in einigen Ausführungsformen und von etwa 7,5 V bis etwa 100 kV in anderen Ausführungsformen. Näherungskorrigierte Strahldosen bei 30 kV liegen in einigen Ausführungsformen im Bereich von etwa 0,1 µC/cm² bis etwa 5 µC/cm², in anderen Ausführungsformen von etwa 0,5 µC/cm² bis etwa 1 µC/cm² und in anderen Ausführungsformen von etwa 1 µC/cm² bis etwa 100 µC/cm². Ein Durchschnittsfachmann kann entsprechende Dosen bei anderen Strahlenergien auf der Grundlage der Lehren dieser Schrift berechnen und versteht, dass zusätzliche Bereiche von Elektronenstrahleigenschaften innerhalb der vorstehenden expliziten Bereiche in Betracht gezogen werden und in der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
Der mit der Strahlung belichtete Bereich 50 der Fotolackschicht wird eine chemischen Reaktion unterzogen, wodurch sich seine Anfälligkeit für die Entfernung in einem nachfolgenden Entwicklungsvorgang S150 ändert. In einigen Ausführungsformen wird der Abschnitt der Fotolackschicht, der mit der Strahlung 50 belichtet wurde, einer Reaktion unterzogen, durch die der belichtete Abschnitt während des Entwicklungsvorgangs S150 leichter entfernt werden kann. In anderen Ausführungsformen wird der Abschnitt der Fotolackschicht, der mit der Strahlung 50 belichtet wurde, einer Reaktion unterzogen, durch die der belichtete Abschnitt während des Entwicklungsvorgangs S150 gegen die Entfernung resistent gemacht wird.
Anschließend wird die Fotolackschicht 15 in Vorgang S140 einer zweiten Erhitzung oder einem Ausheizprozess nach der Belichtung (post-exposure bake - PEB) unterzogen. In einigen Ausführungsformen wird die Fotolackschicht 15 auf eine Temperatur von etwa 50 °C bis etwa 250 °C für etwa 20 Sekunden bis etwa 120 Sekunden erhitzt. In einigen Ausführungsformen wird das Ausheizen nach der Belichtung bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100 °C bis etwa 230 °C durchgeführt und in anderen Ausführungsformen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 150 °C bis etwa 200 °C. In einigen Ausführungsformen bewirkt der Ausheizvorgang S140 nach der Belichtung, dass sich das Reaktionsprodukt aus einer ersten Verbindung oder einem ersten Vorläufer und einer zweiten Verbindung oder einem zweiten Vorläufer vernetzt.
Die selektiv belichtete Fotolackschicht wird anschließend in Vorgang S150 entwickelt. In einigen Ausführungsformen wird die Fotolackschicht 15 entwickelt, indem ein lösungsmittelbasierter Entwickler 57 auf die selektiv belichtete Fotolackschicht aufgetragen wird. Wie in 4A gezeigt, wird der Fotolackschicht 15 ein Flüssigentwickler 57 aus einem Spender 62 zugeführt. In einigen Ausführungsformen werden die belichteten Abschnitte 50 des Fotolacks eine Vernetzungsreaktion als ein Ergebnis der Belichtung mit aktinischer Strahlung oder des Ausheizens nach der Belichtung unterzogen und der unbelichtete Abschnitt der Fotolackschicht 52 wird durch den Entwickler 57 entfernt, wobei ein Muster von Öffnungen 55 in der Fotolackschicht 15 gebildet wird, um das Substrat 20 zu belichten, wie in 5 gezeigt.
In einigen Ausführungsformen schließt der Fotolackentwickler 57 ein Lösungsmittel und eine Säure oder eine Base ein. In einigen Ausführungsformen beträgt die Konzentration des Lösungsmittels etwa 60 Gew.-% bis etwa 99 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fotolackentwicklers. Die Säuren- oder Basenkonzentration beträgt etwa 0,001 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fotolackentwicklers. In bestimmten Ausführungsformen beträgt die Säuren- oder Basenkonzentration in dem Entwickler etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Fotolackentwicklers.
In einigen Ausführungsformen wird der Entwickler 57 unter Verwendung eines Aufschleuderprozesses auf die Fotolackschicht 15 aufgebracht. Bei dem Aufschleuderprozess wird der Entwickler 57 von oberhalb der Fotolackschicht 15 auf die Fotolackschicht 15 aufgebracht, während das fotolackbeschichtete Substrat gedreht wird, wie in 4A gezeigt. In einigen Ausführungsformen wird der Entwickler 57 mit einer Rate zwischen etwa 5 ml/min und etwa 800 ml/min zugeführt, während das mit fotolackbeschichtete Substrat 10 mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 100 RPM und etwa 2000 RPM gedreht wird. In einigen Ausführungsformen weist der Entwickler während des Entwicklungsvorgangs eine Temperatur zwischen etwa 10 °C und etwa 80 °C auf. Der Entwicklungsvorgang dauert in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 30 Sekunden und etwa 10 Minuten.
In einigen Ausführungsformen ist der Entwickler 57 ein organisches Lösungsmittel. Das organische Lösungsmittel kann ein beliebiges geeignetes Lösungsmittel sein. In einigen Ausführungsformen ist das Lösungsmittel eines oder mehrere, die ausgewählt sind aus Propylenglycolmethyletheracetat (PGMEA), Propylenglycolmonomethylether (PGME), 1-Ethoxy-2-propanol (PGEE), γ-Butyrolacton (GBL), Cyclohexanon (CHN), Ethyllactat (EL), Methanol, Ethanol, Propanol, n-Butanol, 4-Methyl-2-pentanol, Aceton, Methylethylketon, Dimethylformamid (DMF), Isopropanol (IPA), Tetrahydrofuran (THF), Methylisobutylcarbinol (MIBC), n-Butylacetat (nBA), 2-Heptanon (MAK), Tetrahydrofuran (THF) und Dioxan.
Der Aufschleudervorgang ist zwar ein geeignetes Verfahren zum Entwickeln der Fotolackschicht 15 nach der Belichtung, soll aber nur zur Veranschaulichung dienen und die Ausführungsform nicht einschränken. Vielmehr können alternativ beliebige geeignete Entwicklungsverfahren, wie z. B. Tauchprozesse, Puddle-Prozesse und Aufsprühverfahren, verwendet werden. Alle derartigen Entwicklungsvorgänge sind im Umfang der Ausführungsformen eingeschlossen.
In einigen Ausführungsformen wird ein Trockenentwickler 105 auf die selektiv belichtete Fotolackschicht 15 aufgebracht, wie in 4B gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist der Trockenentwickler 105 ein Plasma oder ein chemischer Dampf und ist der Trockenentwicklungsvorgang S150 ist ein Plasmaätz- oder ein chemischer Ätzvorgang. Die Trockenentwicklung verwendet die Unterschiede in Bezug auf die Zusammensetzung, das Ausmaß der Vernetzung und die Filmdichte, um die gewünschten Abschnitte des Lacks selektiv zu entfernen. In einigen Ausführungsformen verwendet der Trockenentwicklungsprozess entweder ein schonendes Plasma (hoher Druck, niedrige Leistung) oder einen thermischen Prozess in einer erhitzten Vakuumkammer, während eine trockene Entwicklungschemie, wie z. B. Cl₂, CHCl₃, CH₂Cl₂, CH₄, CF₄, N₂, BF₃, BCl₃, CCl₄, HCl, O₂, NF₃, NH₃, N₂H₂, HBr und NO₂ oder eine andere Lewis-Säure, im Dampfzustand strömt. In einigen Ausführungsformen entfernt das BCl₃ das unbelichtete Material und hinterlässt ein Muster des belichteten Films, das durch plasmabasierte Ätzprozesse in die darunter liegenden Schichten übertragen wird.
In einigen Ausführungsformen schließt die Trockenentwicklung Plasmaprozesse ein, einschließlich transformatorgekoppeltes Plasma (transformer coupled plasma - TCP), induktiv gekoppeltes Plasma (nductively coupled plasma - ICP) oder kapazitiv gekoppeltes Plasma (capacitively coupled plasma - CCP). In einigen Ausführungsformen wird der Plasmaprozess bei einem Druck im Bereich von etwa 5 mTorr bis zu einem Druck von etwa 20 mTorr, bei einem Leistungspegel von etwa 250 W bis etwa 1000 W, einer Temperatur im Bereich von etwa 0 °C bis etwa 300 °C und bei einer Durchflussrate von etwa 100 bis etwa 1000 sccm für etwa 1 bis etwa 3000 Sekunden durchgeführt.
Nach dem Entwicklungsvorgang wird eine zusätzliche Bearbeitung durchgeführt, während die strukturierte Fotolackschicht 50 vorhanden ist. Beispielsweise wird in einigen Ausführungsformen ein Ätzvorgang unter Verwendung von Trocken- oder Nassätzen durchgeführt, um das Muster der Fotolackschicht 50 auf das darunter liegende Substrat 10 zu übertragen, wodurch Vertiefungen 55' gebildet werden, wie in 6 gezeigt. Das Substrat 10 weist einen anderen Ätzwiderstand als die Fotolackschicht 15 auf. In einigen Ausführungsformen ist das Ätzmittel selektiver für das Substrat 10 als für die Fotolackschicht 15.
In einigen Ausführungsformen wird die belichtete Fotolackschicht 15 während des Ätzvorgangs in einigen Ausführungsformen mindestens teilweise entfernt. In anderen Ausführungsformen wird die belichtete Fotolackschicht 15 nach dem Ätzen des Substrats 10 durch selektives Ätzen unter Verwendung eines geeigneten Fotolack-Stripper-Lösungsmittels oder durch einen Fotolack-Plasmaveraschungsvorgang entfernt.
In einigen Ausführungsformen schließt das Substrat 10 eine einkristalline Halbleiterschicht auf mindestens einem Oberflächenabschnitt davon ein. Das Substrat 10 kann ein einkristallines Halbleitermaterial, wie z. B. Si, Ge, SiGe, GaAs, InSb, GaP, GaSb, InAlAs, InGaAs, GaSbP, GaAsSb und InP einschließen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen ist das Substrat 10 eine Siliziumschicht eines Silizium-auf-Isolator(silicon-on insulator - SOI)-Substrats. In bestimmten Ausführungsformen ist das Substrat 10 aus kristallinem Si hergestellt.
Das Substrat 10 kann in seinem Oberflächenbereich eine oder mehrere Pufferschichten (nicht gezeigt) einschließen. Die Pufferschichten können dazu dienen, die Gitterkonstante allmählich von einer Gitterkonstante des Substrats zu einer Gitterkonstante der anschließend gebildeten Source-/Drain-Bereiche zu ändern. Die Pufferschichten können aus epitaktisch aufgewachsenen einkristallinen Halbleitermaterialien wie Si, Ge, GeSn, SiGe, GaAs, InSb, GaP, GaSb, InAlAs, InGaAs, GaSbP, GaAsSb, GaN, GaP und InP gebildet werden, sind jedoch nicht auf diese Materialien beschränkt. In einer Ausführungsform wird die Siliziumgermanium(SiGe)-Pufferschicht epitaktisch auf dem Siliziumsubstrat 10 aufgewachsen. Die Germaniumkonzentration der SiGe-Pufferschichten kann von 30 Atomprozent für die unterste Pufferschicht auf 70 Atomprozent für die oberste Pufferschicht ansteigen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Substrat 10 eine oder mehrere Schichten aus mindestens einem Metall, einer Metalllegierung und einem Metallnitrid/-sulfid/-oxid/-silicid mit der Formel MX_a ein, wobei M ein Metall ist und X N, S, Se, O, Si ist und a von etwa 0,4 bis etwa 2,5 beträgt. In einigen Ausführungsformen schließt das Substrat 10 Titan, Aluminium, Kobalt, Ruthenium, Titannitrid, Wolframnitrid, Tantalnitrid und Kombinationen davon ein.
In einigen Ausführungsformen schließt das Substrat 10 ein dielektrisches Material mit mindestens einem Silizium- oder Metalloxid oder -nitrid der Formel MX_b ein, wobei M ein Metall oder Si ist, X N oder O ist und b im Bereich von etwa 0,4 bis etwa 2,5 liegt. In einigen Ausführungsformen schließt das Substrat 10 Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid und Kombinationen davon ein.
In einigen Ausführungsformen wird eine Schicht mit unterer Antireflexbeschichtung (bottom antireflective coating - BARC) zwischen dem Substrat und der metallischen Fotolackschicht 15 gebildet.
Die Fotolackschicht 15 ist eine lichtempfindliche Schicht, die durch Bestrahlung mit aktinischer Strahlung strukturiert wird. Typischerweise ändern sich die chemischen Eigenschaften der von der einfallenden Strahlung getroffenen Fotolackbereiche auf eine Weise, die von der Art des verwendeten Fotolacks abhängt. Die Fotolackschichten 15 sind entweder Positivlacke oder Negativlacke. Ein Positivlack bezieht sich auf ein Fotolackmaterial, bei dem beim Entwickeln die Abschnitte der Fotolackschicht, die mit aktinischer Strahlung, wie z. B. UV-Licht, belichtet sind, entfernt werden, während der Bereich des Fotolacks, der nicht (oder weniger) belichtet ist, nach dem Entwicklungsvorgang auf dem Substrat verbleibt. Ein Negativlack hingegen bezieht sich auf ein Fotolackmaterial, bei dem beim Entwickeln die Abschnitte des Fotolacks, die mit aktinischer Strahlung belichtet sind, nach dem Entwicklungsvorgang auf dem Substrat verbleiben, während der Bereich des Fotolacks, der nicht (oder weniger) belichtet ist, während des Entwicklungsvorgangs entfernt wird.
In einigen Ausführungsformen besteht die Fotolackschicht 15 aus einer Fotolackzusammensetzung, die eine erste Verbindung oder einen ersten Vorläufer und eine zweite Verbindung oder einen zweiten Vorläufer, kombiniert in einem Dampfzustand, beinhaltet. Der erste Vorläufer oder die erste Verbindung ist ein metallorganisches Material mit einer Formel: M_aR_bX_c (a, b und c sind natürliche Zahlen), wie in 7A und 7B gezeigt, wobei M eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Bi, Sb, In und Te; wobei R eine substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Alkenyl- oder Carboxylatgruppe ist. In einigen Ausführungsformen ist X ein Ligand, ein Ion oder eine andere Gruppierung, die mit der zweiten Verbindung oder dem zweiten Vorläufer reaktiv ist; und 1 ≤ a ≤ 2, b ≥ 1, c ≥ 1 und b + c ≤ 4 in einigen Ausführungsformen. In bestimmten Ausführungsformen gilt b+c=4. In einigen Ausführungsformen ist die Alkyl-, Alkenyl- oder Carboxylatgruppe mit einer oder mehreren Fluorgruppen substituiert. In einigen Ausführungsformen ist der metallorganische Vorläufer ein Dimer, wie in 7A gezeigt, bei dem jede Monomereinheit durch eine Amingruppe verbunden ist. In einigen Ausführungsformen gilt b=c=2. In anderen Ausführungsformen ist der metallorganische Vorläufer ein Dimer, wie in 7B gezeigt, bei dem jede Monomereinheit durch Sauerstoff verbunden ist. In einigen Ausführungsformen gilt b=1 und c=3. Jedes Monomer weist eine Formel auf: M_aR_bX_c, wie vorstehend beschrieben.
In einigen Ausführungsformen schließt R in der Formel M_aR_bX_c Alkylgruppen ein, die durch unterschiedliche elektronenspendende Gruppen (electron-donating group - EDG) und/oder elektronenziehende Gruppen (electron-withdrawing group - EWG) substituiert sind, um die Bindungsdissoziationsenergie abzustimmen, um eine Bindung bereitzustellen, die durch eine geringe EUV-Dosis gespalten wird. In einigen Ausführungsformen ist R eine substituierte oder unsubstituierte C1-C20-Alkylgruppe, einschließlich aller Isomere von C1-C20-Alkylgruppen. Die EDG schließt eine Oxidogruppe (-O^-), Aminogruppen (-NH₂, -NHR, -NR₂, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), Hydroxyl- und Alkoxylgruppen (-OH, -OR, wobei R= C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), Acylamidogruppen (-NHCOR, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), Alkylthio- und Sulfhydrylgruppen (-SH, -SR, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), eine Phenylgruppe und Carboxylatgruppen (-(C=O)O-) ein. Zu EWG gehören Halogenidgruppen (-I, -Cl, -Br, -F), Ammoniumgruppen (-NR₃ ⁺, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), Nitrogruppen (-NO₂), Sulfonsäuren und Sulfonylgruppen (-SO₃H, -SO₂R, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), Cyanogruppe (-CN), Formyl- und Acylgruppen (-CHO, -COR, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), Carboxyl- und Alkoxycarbonylgruppen (-CO₂H, -CO₂R, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), und Aminocarbonylgruppen (-CONH₂, -CONHR, -CONR, wobei R = C1-C4-Gruppen und Phenylgruppen), wobei die C1-C4-Gruppen alle Isomere der C1-C4-Gruppen einschließen.
In einigen Ausführungsformen schließt in dem ersten Vorläufer oder der ersten Verbindung mit der Formel M_aR_bX_c R alle strukturellen Isomere von C1-C4-Alkylgruppen ein, die mit einer Phenylgruppe, einer Aminogruppe (-NH₂, -NHR, -NR₂, wobei R=C1-C3-Alkylgruppe), Hydroxyl- und Alkoxylgruppen (-OH, -OR, wobei R=C1-C3-Alkylgruppe und eine Phenylgruppe) substituiert sind. In einigen Ausführungsformen schließt in dem ersten Vorläufer oder der ersten Verbindung mit der Formel M_aR_bX_c R C1-C4-Alkylgruppen ein, die an der α-C-Position durch eine oder zwei Phenylgruppen, eine Aminogruppe (-NH₂, -NHR, - NR₂, wobei R=C1-, C2- oder C3-Alkylgruppe) und Alkoxylgruppen (-OR, wobei R=C1-, C2- oder C3-Alkylgruppe) substituiert sind.
In einigen Ausführungsformen ist X eine beliebige Gruppierung, die ohne Weiteres durch die zweite Verbindung oder den zweiten Vorläufer verdrängt werden kann, um eine M-OH-Gruppierung zu erzeugen, wie z. B. eine Gruppierung, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aminen, einschließlich Dialkylamino und Monalkylamino; Alkoxy; Carboxylaten, Halogenen und Sulfonaten. In einigen Ausführungsformen ist die Sulfonatgruppe mit einer oder mehreren Amingruppen substituiert. In einigen Ausführungsformen ist das Halogenid eines oder mehrere, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br und I. In einigen Ausführungsformen schließt die Sulfonatgruppe eine substituierte oder unsubstituierte C1-C3-Gruppe ein.
In einigen Ausführungsformen schließt die erste Verbindung oder der erste Vorläufer eine oder mehrere ungesättigte Bindungen ein, die mit einer funktionellen Gruppe, wie z. B. einer Hydroxylgruppe, auf der Fläche des Substrats oder einer dazwischenliegenden Unterschicht koordiniert werden können, um die Haftung der Fotolackschicht an dem Substrat oder der Unterschicht zu verbessern.
In einigen Ausführungsformen ist der zweite Vorläufer oder die zweite Verbindung eines oder mehrere, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasser, einem Amin, einem Boran und einem Phosphin. In einigen Ausführungsformen weist das Amin eine Formel N_pH_nX_m auf, wobei 0 ≤ n ≤ 3, 0 ≤ m ≤ 3, n + m = 3, wenn p 1 ist, und n + m = 4, wenn p 2 ist, und jedes X unabhängig Halogen ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br und I. In einigen Ausführungsformen weist das Boran eine Formel B_pH_nX_m auf, wobei 0 ≤ n ≤ 3, 0 < m ≤ 3, n + m = 3, wenn p 1 ist, und n + m = 4, wenn p 2 ist, und jedes X unabhängig Halogen ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br und I. In einigen Ausführungsformen weist das Phosphin eine Formel P_pH_nX_m auf, wobei 0 ≤ n ≤ 3, 0 ≤ m ≤ 3, n + m = 3, wenn p 1 ist, oder n + m = 4 wenn p 2 ist, und jedes X unabhängig Halogen ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus F, Cl, Br und I.
In einigen Ausführungsformen ist der zweite Vorläufer oder die zweite Verbindung Ammoniak oder Hydrazin. Das Reaktionsprodukt aus dem Ammoniak oder Hydrazin und dem metallorganischen Vorläufer oder der metallorganischen Verbindung kann Wasserstoffbrückenbindungen bilden, die den Siedepunkt des Reaktionsprodukts erhöhen und die Emission des metallischen Fotolackmaterials verhindern, wodurch eine Metallverunreinigung verhindert wird. Die Wasserstoffbrückenbindungen können auch dazu beitragen, Feuchtigkeitseffekte auf die Qualität der Fotolackschicht zu verhindern.
In einigen Ausführungsformen wird der Vorgang S110 des Abscheidens einer Fotolackzusammensetzung durch einen Dampfphasenabscheidungsvorgang durchgeführt. In einigen Ausführungsformen schließt der Dampfphasenabscheidungsvorgang die Atomlagenabscheidung (ALD) oder die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) ein. In einigen Ausführungsformen schließt die ALD die plasmaunterstützte Atomlagenabscheidung (plasma-enhanced atomic layer deposition - PE-ALD) ein und schließt die CVD die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (plasma-enhanced chemical vapor deposition - PE-CVD), die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (metal-organic chemical vapor deposition - MO-CVD), die chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck (atmospheric pressure chemical vapor deposition - AP-CVD) und die chemische Gasphasenabscheidung bei niedrigem Druck (low pressure chemical vapor deposition - LP-CVD) ein. Das Abscheiden einer Fotolackschicht schließt das Kombinieren der ersten Verbindung oder des ersten Vorläufers und der zweiten Verbindung oder des zweiten Vorläufers in einem Dampfzustand ein, um die Fotolackzusammensetzung zu bilden. In einigen Ausführungsformen werden die erste Verbindung oder der erste Vorläufer und die zweite Verbindung oder der zweite Vorläufer der Fotolackzusammensetzung etwa zur gleichen Zeit in die Abscheidungskammer (CVD-Kammer) eingebracht. In einigen Ausführungsformen werden die erste Verbindung oder der erste Vorläufer und die zweite Verbindung oder der zweite Vorläufer auf abwechselnde Weise in die Abscheidungskammer (ALD-Kammer) eingebracht, d. h. zuerst eine Verbindung oder ein Vorläufer, dann eine zweite Verbindung oder ein zweiter Vorläufer, und anschließend wird die Einbringung der einen Verbindung oder des einen Vorläufers gefolgt von der zweiten Verbindung oder dem zweiten Vorläufer abwechselnd wiederholt.
In einigen Ausführungsformen liegt die Temperatur der Abscheidungskammer während des Abscheidungsvorgangs zwischen etwa 30 °C und etwa 400 °C und in anderen Ausführungsformen zwischen etwa 50 °C und etwa 250 °C. In einigen Ausführungsformen liegt der Druck in der Abscheidungskammer während des Abscheidungsvorgangs in einem Bereich von etwa 5 mTorr bis etwa 100 Torr und in anderen Ausführungsformen zwischen etwa 100 mTorr und etwa 10 Torr. In einigen Ausführungsformen beträgt die Plasmaleistung weniger als etwa 1000 W. In einigen Ausführungsformen liegt die Plasmaleistung in einem Bereich von etwa 100 W bis etwa 900 W. In einigen Ausführungsformen liegt die Durchflussrate der ersten Verbindung oder des ersten Vorläufers und der zweiten Verbindung oder des zweiten Vorläufers in einem Bereich von etwa 100 sccm bis etwa 1000 sccm. In einigen Ausführungsformen liegt das Verhältnis des Flusses des Vorläufers der metallorganischen Verbindung zu der zweiten Verbindung oder dem zweiten Vorläufer in einem Bereich von etwa 1:1 bis etwa 1:10 und liegt in anderen Ausführungsformen im Bereich von etwa 1:3 bis 1:6. Bei Betriebsparametern außerhalb der vorstehend genannten Bereiche entstehen in einigen Ausführungsformen unzulängliche Fotolackschichten. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Bildung der Fotolackschicht in einer einzigen Kammer (Eintopf-Schichtbildung).
In einem CVD-Prozess gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung werden zwei oder mehr Gasströme eines metallorganischen Vorläufers und eines zweiten Vorläufers in getrennten Einlasspfaden in die Abscheidungskammer einer CVD-Einrichtung eingebracht, wo sie sich vermischen und in der Gasphase reagieren, um ein Reaktionsprodukt zu bilden. In einigen Ausführungsformen werden die Ströme unter Verwendung separater Einspritzeinlässe oder eines Doppelkammer-Brausekopfs eingebracht. Die Abscheidungseinrichtung ist so konfiguriert, dass die Ströme des metallorganischen Vorläufers und des zweiten Vorläufers in der Kammer gemischt werden, sodass der metallorganische Vorläufer und der zweite Vorläufer unter Bildung eines Reaktionsprodukts reagieren können. Ohne den Mechanismus, die Funktion oder den Nutzen der Offenbarung einzuschränken, wird angenommen, dass das Produkt aus der Dampfphasenreaktion ein höheres Molekulargewicht erhält und dann kondensiert oder auf andere Weise auf dem Substrat abgeschieden wird.
In einigen Ausführungsformen wird ein ALD-Prozess zur Abscheidung der Fotolackschicht verwendet. Während der ALD wird eine Schicht auf einem Substrat aufgewachsen, indem die Fläche des Substrats abwechselnd gasförmigen Verbindungen (oder Vorläufern) ausgesetzt wird. Im Gegensatz zur CVD werden die Vorläufer als eine Reihe von sequenziellen, nicht überlappenden Impulsen eingebracht. In jedem dieser Impulse reagieren die Vorläufermoleküle auf selbstbeschränkende Weise mit der Fläche, sodass die Reaktion endet, sobald alle reaktiven Stellen auf der Fläche verbraucht sind. Folglich ist die maximale Menge an Material, die nach einer einzigen Belichtung mit allen Vorläufern auf der Fläche abgeschieden hat (ein sogenannter ALD-Zyklus), durch die Art der Vorläufer-Flächen-Interaktion bestimmt.
In einer Ausführungsform eines ALD-Prozesses wird ein metallorganischer Vorläufer gepulst, um den metallhaltigen Vorläufer in einer ersten Halbreaktion auf die Substratfläche abzugeben. In einigen Ausführungsformen reagiert der metallorganische Vorläufer mit einer geeigneten darunterliegenden Spezies (z. B. OH- oder NH-Funktionalität auf der Fläche des Substrats), um eine neue selbstsättigende Fläche zu bilden. Überschüssige, nicht verwendete Reaktanten und die Reaktionsnebenprodukte werden entfernt, in einigen Ausführungsformen durch ein Evakuierungsherabpumpen und/oder durch ein Hindurchströmen eines inerten Spülgases. Dann wird in einigen Ausführungsformen ein zweiter Vorläufer, wie z. B. Wasser oder Ammoniak (NH₃), in die Abscheidungskammer gepulst. Das Wasser oder NH₃ reagiert mit dem metallorganischen Vorläufer auf dem Substrat, um ein einen Fotolack als Reaktionsprodukt auf der Substratfläche zu erhalten. Der zweite Vorläufer bildet ebenfalls selbstsättigende Bindungen mit der darunterliegenden reaktiven Spezies, um eine weitere selbstbegrenzende und -sättigende zweite Halbreaktion zu bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen wird eine zweite Spülung durchgeführt, um nicht verwendete Reaktanten und die Reaktionsnebenprodukte zu entfernen. Die Impulse des ersten Vorläufers und des zweiten Vorläufers wechseln sich mit dazwischen stattfindenden Spülvorgängen ab, bis eine gewünschte Dicke der Fotolackschicht 15 erreicht ist.
In einigen Ausführungsformen wird die Fotolackschicht 15 mit einer Dicke von etwa 5 nm bis etwa 50 nm gebildet und in anderen Ausführungsformen mit einer Dicke von etwa 10 nm bis etwa 30 nm. Ein Durchschnittsfachmann versteht, dass zusätzliche Bereiche von Dicken innerhalb der vorstehenden expliziten Bereiche in Betracht gezogen werden und in der vorliegenden Offenbarung enthalten sind. Die Dicke kann unter Verwendung von kontaktlosen Verfahren der Röntgenreflektivität und/oder Ellipsometrie basierend auf den optischen Eigenschaften der Fotolackschicht bewertet werden. Die Fotolackschichtdicken sind relativ gleichmäßig, um die Bearbeitung zu erleichtern. In einigen Ausführungsformen variiert die Dicke der Beschichtung um nicht mehr als ± 25 % von der durchschnittlichen Beschichtungsdicke, in anderen Ausführungsformen variiert die Fotolackschichtdicke um nicht mehr als ± 10 % von der durchschnittlichen Fotolackschichtdicke. In einigen Ausführungsformen, wie z. B. bei Beschichtungen mit hoher Gleichmäßigkeit auf größeren Substraten, kann die Bewertung der Gleichmäßigkeit der Fotolackschicht mit einem 1-Zentimeter-Randausschluss bewertet werden, d. h., die Gleichmäßigkeit der Schicht wird nicht für Abschnitte der Beschichtung innerhalb von 1 Zentimeter vom Rand bewertet. Ein Durchschnittsfachmann versteht, dass zusätzliche Bereiche innerhalb der vorstehenden expliziten Bereiche in Betracht gezogen werden und in der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
In einigen Ausführungsformen werden die erste und zweite Verbindung oder der erste und zweite Vorläufer mit einem Trägergas in die Abscheidungskammer abgegeben. Das Trägergas, ein Spülgas, ein Abscheidungsgas oder ein anderes Prozessgas kann Stickstoff, Wasserstoff, Argon, Neon, Helium oder Kombinationen davon enthalten.
Eine Lackschicht-Abscheidungseinrichtung 200 gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung ist in 8 gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist die Abscheidungseinrichtung 200 eine ALD- oder CVD-Einrichtung. Die Abscheidungseinrichtung 200 schließt eine Vakuumkammer 205 ein. Eine Substratträgerplattform 210 in der Vakuumkammer 205 trägt ein Substrat 10, wie z. B. einen Siliziumwafer. In einigen Ausführungsformen schließt die Substratträgerplattform 210 eine Heizvorrichtung ein. In einigen Ausführungsformen sind eine Gaszufuhr 220 für den ersten Vorläufer oder die erste Verbindung und eine Träger-/Spülgaszufuhr 225 über eine Gasleitung 235 mit einem Einlass 230 in der Kammer verbunden und sind eine Gaszufuhr 240 für den zweiten Vorläufer oder die zweite Verbindung und eine Träger-/Spülgaszufuhr 225 über eine andere Gasleitung 235' mit einem anderen Einlass 230' in der Kammer verbunden. Die Kammer wird evakuiert und überschüssige Reaktanten und Reaktionsnebenprodukte werden von einer Vakuumpumpe 245 über einen Auslass 250 und eine Auslassleitung 255 entfernt. In einigen Ausführungsformen werden die Durchflussrate oder die Impulse von Vorläufergasen und Träger-/Spülgasen, die Evakuierung von überschüssigen Reaktanten und Reaktionsnebenprodukten, der Druck in der Vakuumkammer 205 und die Temperatur der Vakuumkammer 205 oder der Waferträgerplattform 210 von einer Steuerung 260 gesteuert, die so konfiguriert ist, dass sie jeden dieser Parameter steuert.
In einigen Ausführungsformen schließt die metallorganische Verbindung Zinn (Sn), Antimon (Sb), Bismut (Bi), Indium (In) und/oder Tellur (Te) als Metallkomponente ein, jedoch ist die Offenbarung nicht auf diese Metalle beschränkt. In anderen Ausführungsformen schließen Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Kobalt (Co), Molybdän (Mo), Wolfram (W), Aluminium (Al), Gallium (Ga), Silizium (Si), Germanium (Ge), Phosphor (P), Arsen (As), Yttrium (Y), Lanthan (La), Cer (Ce), Lutetium (Lu) oder Kombinationen davon zu zusätzlichen geeigneten Metallen ein. Die zusätzlichen Metalle können alternativ oder zusätzlich zu Sn, Sb, Bi, In und/oder Te verwendet werden.
Das konkrete verwendete Metall kann die Absorption der Strahlung erheblich beeinflussen. Daher kann die Metallkomponente basierend auf dem gewünschten Strahlungs- und Absorptionsquerschnitt ausgewählt werden. Zinn, Antimon, Bismut, Tellur und Indium bieten eine starke Absorption von extrem ultraviolettem Licht bei 13,5 nm. Hafnium stellt eine gute Absorption von Elektronenstrahlen und extrem ultravioletter Strahlung bereit. Metallzusammensetzungen, die Titan, Vanadium, Molybdän oder Wolfram enthalten, weisen eine starke Absorption bei längeren Wellenlängen auf, um z. B. eine Empfindlichkeit für ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen werden die ALD- oder CVD-Abscheidungsparameter während des Abscheidungsvorgangs variiert, um eine Fotolackschicht mit einem Dichtegradienten zu bilden. In einigen Ausführungsformen reduziert die Dichtegradienten-Fotolackschicht Defekte, wie z. B. Ablagerungen und Brückenbildung, und verbessert die Linienbreitenrauigkeit (LWR) und die Linienkantenrauigkeit (line edge roughness - LER).
9A zeigt eine Reaktion, welcher die Komponenten der Fotolackzusammensetzung als ein Ergebnis der Belichtung mit aktinischer Strahlung und der Erhitzung unterzogen werden, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. 9A zeigt eine beispielhafte chemische Struktur der Fotolackschicht (photoresist - PR) in verschiedenen Stadien des Fotolack-Strukturierungsverfahrens gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Wie in 9A gezeigt, schließt die Fotolackzusammensetzung eine metallorganische Verbindung ein, z. B. SnX₂R₂, und eine zweite Verbindung, z. B. Ammoniak (NH₃). Wenn die metallorganische Verbindung und das Ammoniak kombiniert werden, reagiert die metallorganische Verbindung mit einem Teil des Ammoniaks in der Dampfphase, um ein Reaktionsprodukt mit Amingruppen zu bilden, die an das Metall (Sn) der metallorganischen Verbindung angelagert sind. Die Amingruppen in der abgeschiedenen Fotolackschicht weisen Wasserstoffbrückenbindungen auf, die den Siedepunkt der abgeschiedenen Fotolackschicht wesentlich erhöhen und das Ausgasen von metallhaltigem Fotolackmaterial verhindern können, wodurch eine Verunreinigung der Abscheidungskammer und der Bearbeitungsausrüstung für Halbleiterbauelemente durch das Metall im metallhaltigen Fotolack verhindert wird. Außerdem können die Wasserstoffbrückenbindungen der Amingruppen den Effekt von Feuchtigkeit auf die Qualität der Fotolackschicht steuern.
Bei anschließender Belichtung mit extrem ultravioletter Strahlung unter Verwendung einer Maske absorbiert die metallorganische Verbindung die extrem ultraviolette Strahlung und eine oder mehrere organische R-Gruppen werden von der metallorganischen Verbindung abgespalten, um in den mit Strahlung belichteten Flächen eine Amino-Metall-Verbindung zu bilden. Dann wenn das Ausheizen nach der Belichtung (PEB) durchgeführt wird, vernetzen sich die Amino-Metall-Verbindungen in einigen Ausführungsformen durch die Amingruppen, wie in 9A gezeigt. In einigen Ausführungsformen tritt eine partielle Vernetzung der Amino-Metall-Verbindungen als ein Ergebnis der Belichtung mit extrem ultravioletter Strahlung auf. Der selektiv belichtete Fotolack wird anschließend entwickelt und das vernetzte, strahlungsbelichtete Muster verbleibt über dem Substrat, während die strahlungsunbelichteten Flächen bei der Entwicklung entfernt werden.
9B zeigt eine Reaktion, welcher die Komponenten der Fotolackzusammensetzung als ein Ergebnis der Belichtung mit aktinischer Strahlung und der Erhitzung unterzogen werden, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. 9B zeigt eine beispielhafte chemische Struktur der Fotolackschicht (photoresist - PR) in verschiedenen Stadien des Fotolack-Strukturierungsverfahrens gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Wie in 9B gezeigt, schließt die Fotolackzusammensetzung eine metallorganische Verbindung ein, z. B. SnX₃R, und eine zweite Verbindung, z. B. Wasser (H₂O). Wenn die metallorganische Verbindung und das Wasser (der Dampf) in einem CVD-Prozess kombiniert werden, reagiert die metallorganische Verbindung mit einem Teil des Wassers in der Dampfphase, um ein Reaktionsprodukt mit Hydroxygruppen (-OH) zu bilden, die an das Metall (Sn) der metallorganischen Verbindung angelagert sind, indem X mit -OH substituiert wird. Ferner wird das Reaktionsprodukt einem CVD-Prozess unterzogen, um einen Film über dem Substrat zu bilden, in dem die Hydroxy-Metall-Verbindungen in einigen Ausführungsformen durch die Hydroxygruppen vernetzt sind.
Die vernetzte Struktur in der abgeschiedenen Fotolackschicht kann den Siedepunkt der abgeschiedenen Fotolackschicht wesentlich erhöhen und das Ausgasen von metallhaltigem Fotolackmaterial verhindern, wodurch eine Verunreinigung der Abscheidungskammer und der Bearbeitungsausrüstung für Halbleiterbauelemente durch das Metall im metallhaltigen Fotolack verhindert wird.
Bei anschließender Belichtung mit extrem ultravioletter Strahlung unter Verwendung einer Maske absorbiert die metallorganische Verbindung die extrem ultraviolette Strahlung und eine oder mehrere organische R-Gruppen werden von der metallorganischen Verbindung abgespalten, um in den mit Strahlung belichteten Flächen eine vernetzte Metalloxidverbindung zu bilden. In einigen Ausführungsformen bleibt Wasserstoff übrig, wenn die organischen R-Gruppen abgespalten werden. Dann wenn das Ausheizen nach der Belichtung (PEB) durchgeführt wird, vernetzen sich die vernetzten Metalloxidverbindungen in einigen Ausführungsformen durch den Wasserstoff und den Sauerstoff weiter, wie in 9B gezeigt. In einigen Ausführungsformen tritt eine partielle Vernetzung als ein Ergebnis der Belichtung mit extrem ultravioletter Strahlung auf. Der selektiv belichtete Fotolack wird anschließend entwickelt und das vernetzte, strahlungsbelichtete Muster verbleibt über dem Substrat, während die strahlungsunbelichteten Flächen bei der Entwicklung entfernt werden.
In einigen Ausführungsformen wird eine zu strukturierende Schicht (Zielschicht) 60 vor dem Bilden der Fotolackschicht über dem Substrat angeordnet, wie in 10 gezeigt. In einigen Ausführungsformen ist die zu strukturierende Schicht 60 eine Metallisierungsschicht oder eine dielektrische Schicht, wie z. B. eine Hartmaskenschicht, eine Schicht mit einem Zwischenschichtdielektrikum oder eine Passivierungsschicht, angeordnet über einer Metallisierungsschicht angeordnet. In anderen Ausführungsformen ist die Zielschicht eine Schicht mit unterer Antireflexbeschichtung (BARC), die aus einem organischen Polymer besteht.In Ausführungsformen, in denen die zu strukturierende Schicht 60 eine Metallisierungsschicht ist, wird die zu strukturierende Schicht 60 aus einem leitfähigen Material unter Verwendung von Metallisierungsprozessen und Metallabscheidungstechniken gebildet, einschließlich chemische Gasphasenabscheidung, Atomlagenabscheidung und physikalischer Gasphasenabscheidung (Sputtern).Wenn es sich bei der zu strukturierenden Schicht 60 um eine dielektrische Schicht handelt, wird gleichermaßen die zu strukturierende Schicht 60 durch Techniken zur Bildung dielektrischer Schichten gebildet, einschließlich thermischer Oxidation, chemischer Gasphasenabscheidung, Atomlagenabscheidung und physikalischer Gasphasenabscheidung.
Die Fotolackschicht 50 wird anschließend selektiv mit aktinischer Strahlung 45 belichtet, um belichtete Bereiche 50 und unbelichtete Bereiche 52 in der Fotolackschicht zu bilden, wie in den 11A und 11B gezeigt und hierin in Bezug auf die 3A und 3B beschrieben. Wie hierin erläutert, ist der Fotolack in einigen Ausführungsformen ein Negativfotolack.
Die unbelichteten Fotolackbereiche 52 werden durch Ausgeben eines Entwicklers 57 aus einem Spender 62, wie in 12A gezeigt, oder durch einen Trockenentwicklungsvorgang, wie in 12B gezeigt, entwickelt, um ein Fotolackmuster 55 zu bilden, wie in 13 gezeigt. Der Entwicklungsvorgang ähnelt dem, der hierin mit Bezug auf die 4A, 4B und 5 erläutert ist.
Dann wird, wie in 14 gezeigt, das Muster 55 in der Fotolackschicht 15 unter Verwendung eines Ätzvorgangs auf die zu strukturierende Schicht 60 übertragen und die Fotolackschicht wird entfernt, wie unter Bezugnahme auf 6 erläutert, um in der zu strukturierenden Schicht 60 ein Muster 55" zu bilden.
Die 15A-15J zeigen verschiedene Stadien eines sequenziellen Herstellungsvorgangs eines Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass zusätzliche Vorgänge vor, während und nach den in den 15A-15J gezeigten Prozessen bereitgestellt werden können und einige der unten beschriebenen Vorgänge für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens ersetzt oder eliminiert werden. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte/Prozesse kann vertauschbar sein. Material, Konfiguration, Abmessungen und/oder Prozesse, die den in den 1-14 beschriebenen vorangehenden Ausführungsformen gleichen oder ähneln, können in den folgenden Ausführungsformen verwendet werden und eine detaillierte Erklärung davon kann entfallen.
Die 15A-15F zeigen einen Vorgang im Falle eines Positiventwicklers. Wie in 15A gezeigt, wird eine zu strukturierende Zielschicht 12 über einem Substrat 10 gebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Zielschicht 12 eine leitfähige Schicht, wie z. B. ein Metall oder eine metallische Schicht (Ti, TiN, Ta, TaN, W, Cu, Al, Co, Ni, Mo, Ru oder eine Legierung davon oder ein beliebiges geeignetes leitfähiges Material, das bei der Halbleiterfertigung verwendet wird) oder eine Halbleiterschicht (amorphes, polykristallines oder kristallines Si, SiGe oder Ge, dotiert oder undotiert, oder ein beliebiges geeignetes Halbleitermaterial, das bei der Halbleiterfertigung verwendet wird) oder eine dielektrische Schicht, wie z. B. Siliziumoxid, Siliziumnitrid, SiON, SiOC, SiOCN, SiCN, Hafniumoxid, Aluminiumoxid oder ein beliebiges geeignetes dielektrisches Material, das bei der Halbleiterfertigung verwendet wird. In einigen Ausführungsformen wird eine Maskenschicht 14 über der Zielschicht 12 gebildet. In einigen Ausführungsformen schließt die Maskenschicht 14 ein dielektrisches Material, ein Halbleitermaterial oder ein leitfähiges Material mit einem ausreichend höheren Ätzwiderstand als die Zielschicht 12 ein. In einigen Ausführungsformen ist die Maskenschicht 14 eine organische unterer Antireflexbeschichtung (BARC). Ferner wird eine metallhaltige Lackschicht 15 über der Maskenschicht 14 gebildet, wie vorstehend dargelegt.
Dann wird, wie in 15B gezeigt, ein Belichtungsvorgang an der metallhaltigen Lackschicht 15 durch die EUV- oder DUV-Strahlung durchgeführt, die von einer Fotomaske mit Schaltkreismustern reflektiert wird oder diese durchläuft. Dann wird, wie in 15C gezeigt, die belichtete metallhaltige Lackschicht 15 durch einen Nassentwickler oder eine Trockenentwicklung entwickelt und entfernt. Als Nächstes wird, wie in 15D gezeigt, die Maskenschicht 14 strukturiert, indem die strukturierte metallische Schicht 15 als Ätzmaske verwendet wird. In einigen Ausführungsformen wird die metallhaltige Lackschicht 15 dann unter Verwendung eines geeigneten Nass- oder Trockenätzmittel entfernt, wie in 15E gezeigt. Dann wird die Zielschicht 12 unter Verwendung der strukturierten Maskenschicht 14 als Ätzmaske strukturiert und die Maskenschicht 14 wird entfernt, wie in 15F gezeigt. In einigen Ausführungsformen wird die Zielschicht 12 strukturiert, ohne die metallhaltige Lackschicht 15 zu entfernen. In einigen Ausführungsformen wird die strukturierte Maskenschicht 14 nach dem Strukturieren der Zielschicht 12 nicht entfernt.
Die 15G-15J zeigen einen Vorgang im Falle eines Negativentwicklers. Wie in 15G gezeigt, werden die unbelichteten Bereiche der metallhaltigen Lackschicht 15 durch einen Nassentwickler oder eine Trockenentwicklung entwickelt und entfernt. Die Vorgänge in den 15H, 15I und 15J sind dieselben wie in 15D, 15E und 15F.
Andere Ausführungsformen schließen andere Vorgänge vor ein, während oder nach den vorstehend beschriebenen Vorgängen. In einigen Ausführungsformen schließen die offenbarten Verfahren das Bilden von Fin-Feldeffekttransistor(FinFET)-Strukturen ein. In einigen Ausführungsformen wird eine Vielzahl von aktiven Lamellen auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Solche Ausführungsformen schließen ferner das Ätzen des Substrats durch die Öffnungen einer strukturierten Hartmaske ein, um Gräben im Substrat zu bilden; das Füllen der Gräben mit einem dielektrischen Material; das Durchführen eines chemisch-mechanischen Polier(CMP)-Prozesses, um flache Grabenisolations(shallow trench isolation - STI)-Merkmale zu bilden; und das epitaktische Aufwachsen oder Vertiefen der STI-Merkmale, um lamellenähnliche aktive Bereiche zu bilden. In einigen Ausführungsformen werden eine oder mehrere Gate-Elektroden auf dem Substrat gebildet. Einige Ausführungsformen schließen das Bilden von Gate-Abstandshaltern ein, dotierten Source-/Drain-Bereichen, Kontakten für Gate-/Source-/Drain-Funktionen usw. In anderen Ausführungsformen wird ein Zielmuster als Metallleitungen in einer mehrschichtigen Verschaltungsstruktur gebildet. Die Metallleitungen können z. B. in einer Schicht mit einem Zwischenschichtdielektrikum (inter-layer dielectric - ILD) des Substrats gebildet werden, die geätzt wurde, um eine Vielzahl von Gräben zu bilden. Die Gräben können mit einem leitfähigen Material gefüllt werden, wie z. B. einem Metall; und das leitfähige Material kann unter Verwendung eines Prozesses wie der chemisch-mechanischen Planarisierung (CMP) poliert werden, um die strukturierte ILD-Schicht zu belichten, wodurch die Metallleitungen in der ILD-Schicht gebildet werden. Vorstehend beschrieben wurden nicht einschränkende Beispiele für Bauelementen/Strukturen, die unter Verwendung des hierin beschriebenen Verfahrens hergestellt und/oder verbessert werden können.
In einigen Ausführungsformen werden aktive Komponenten wie Dioden, Feldeffekttransistoren (field-effect transistors - FETs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (metal-oxide semiconductor field effect transistor - MOSFET), komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter(complementary metal-oxide semiconductor - CMOS)-Transistoren, Bipolartransistoren, Hochspannungstransistoren, Hochfrequenztransistoren, FinFETs, andere dreidimensionale (3D) FETs, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET), komplementäre Metal-Ooxid-Halbleiter(CMOS)-Transistoren, Bipolartransistoren, Hochspannungstransistoren, Hochfrequenztransistoren, andere Speicherzellen und Kombinationen davon gemäß Ausführungsformen der Offenbarung gebildet.
Es versteht sich, dass vorliegend nicht notwendigerweise alle Vorteile erörtert wurden, dass kein bestimmter Vorteil für alle Ausführungsformen bzw. -beispiele benötigt wird und dass andere Ausführungsformen bzw. -beispiele andere Vorteile bieten können.
Halbleiterbildungsverfahren und Lackstrukturierungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen eine verbesserte Verwendungseffizienz des Lackmaterials und eine reduzierte Verwendung von potentiell toxischen organischen Lösungsmitteln gegenüber lösungsmittelbasierten Lacken bereit. Ausführungsformen der Offenbarung stellen zinnorganische Vorläufer mit geringerer Sn-C-BDE bereit, was zu Fotolackfilmen mit höherer EUV-Empfindlichkeit bei geringerer EUV-Dosis führt. Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen einen kostengünstigeren EUV-Strukturierungsvorgang bereit. Ausführungsformen der Offenbarung stellen ferner einen gleichmäßigen Fotolackfilm bereit, der auf der Fläche eines Halbleitersubstrats abgeschieden wird. Darüber hinaus können toxische organische Lösungsmittel im Wesentlichen aus dem Fotolack-Strukturierungsprozess eliminiert werden, da der Fotolack nicht lösungsmittelbasiert ist und die Trockenentwicklung in einigen Ausführungsformen ohne die Verwendung eines lösungsmittelbasierten Entwicklers durchgeführt wird. In einigen Ausführungsformen wird eine Verunreinigung der Abscheidungskammer und der Handhabungsausrüstung für Halbleitersubstrate durch Metalle in metallhaltigen Fotolacken verhindert. Probleme mit der Feuchtigkeitsempfindlichkeit des Fotolacks werden durch Verfahren gemäß Ausführungsformen der Offenbarung verhindert. Verbesserte Musterauflösung wird durch Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Ausführungsformen der Offenbarung stellen eine verbesserte Linienbreitenrauigkeit und eine verbesserte Unterscheidung zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen des Fotolacks bereit. Darüber hinaus wird eine verbesserte Halbleiterbauelement-Fertigungseffizienz durch die Eintopf-Abscheidungsverfahren gemäß Ausführungsformen der Offenbarung bereitgestellt. Mit dem metallhaltigen Fotolack lassen sich Muster mit einer Abmessung von etwa 5 nm bis etwa 40 nm bilden, die eine geringe Linienbreitenrauigkeit (LWR) und eine hohe Ätzselektivität aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist die LWR im Vergleich zu einem polymerbasierten Fotolack um etwa 20 % verbessert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements eine Fotolackschicht über einer zu strukturierenden Zielschicht gebildet, indem ein erster Vorläufer und ein zweiter Vorläufer in einem Dampfzustand kombiniert werden, um ein Fotolackmaterial zu bilden. Der erste Vorläufer ist ein metallorganisches Material mit einer Formel: M_aR_bX_c, wobei M eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Bi, Sb, In und Te, R eine Alkylgruppe ist, die durch unterschiedliche elektronenspendende Gruppen (EDG) oder elektronenziehende Gruppen (EWG) substituiert ist, X eine Halogenid- oder Sulfonatgruppe ist, und 1 ≤ a ≤ 2, b ≥ 1, c ≥ 1 und b + c ≤ 4 und der zweite Vorläufer eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasser, einem Amin, einem Boran und einem Phosphin. Das Fotolackmaterial wird über der zu strukturierenden Zielschicht abgeschieden. Die Fotolackschicht wird selektiv mit aktinischer Strahlung belichtet, um ein latentes Muster zu bilden, und das latente Muster wird durch Aufbringen eines Entwicklers auf die selektiv belichtete Fotolackschicht entwickelt, um ein Muster zu bilden. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist R eine C1-C20-Alkylgruppe, einschließlich aller Isomere von C1-C20-Alkylgruppen, die mit einer elektronenspendenden Gruppe substituiert ist, die aus einem oder mehreren der Folgenden ausgewählt ist: -O^--NH₂, -NHR1, -NR1₂, -OH, -OR1, -NHCOR1, -SH, - SRI, Phenylgruppe und -(C=O)O-, wobei R1 = C1-C4-Gruppen oder Phenylgruppen. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist R eine C1-C20-Alkylgruppe, einschließlich aller Isomere von C1-C20-Alkylgruppen, die mit einer elektronenziehenden Gruppe substituiert ist, die aus einem oder mehreren ausgewählt ist von -I, - Cl, -Br, -F, -NR2₃ ⁺, -NO₂, -SO₃H, -SO₂R2, -CN, -CHO, -COR2, -CO₂H, -CO₂R2, -CONH2, - CONHR2 und -CONR2₂, wobei R2 = C1-C4-Gruppen oder Phenylgruppen. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist R eine oder mehrere C1-C4-Alkylgruppen, die mit einer Phenylgruppe, -NH₂, -NHR3, -NR3₂, -OH, -OR3 substituiert sind, wobei R3 = C1-C3-Alkylgruppe oder eine Phenylgruppe. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist R eine oder mehrere C1-C4-Alkylgruppen, die an der α-C-Position durch eine oder zwei Phenylgruppen, -NH₂, -NHR4, - NR4₂ oder -OR4 substituiert sind, wobei R4 = C1-C3-Alkylgruppe. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist die aktinische Strahlung extrem ultraviolette Strahlung. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen wird nach selektivem Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden, und vor Entwickeln des latenten Musters, Ausheizen nach der Belichtung an der Fotolackschicht durchgeführt. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen wird das Fotolackmaterial durch Atomlagenabscheidung (ALD) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) über der zu strukturierenden Zielschicht abgeschieden. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist der erste Vorläufer ein Dimer, das durch NH oder O verbunden ist. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen wird nach selektivem Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden, und vor Entwickeln des latenten Musters, die Fotolackschicht bei einer Temperatur im Bereich von 150 °C bis 230 °C oder 100 °C bis 200 °C erhitzt. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist der Entwickler ein Trockenentwickler. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen wird vor selektivem Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden, die Fotolackschicht bei einer Temperatur im Bereich von 40 °C bis 120 °C erhitzt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements eine Fotolackschicht über einer zu strukturierenden Zielschicht gebildet, indem ein erster Vorläufer und ein zweiter Vorläufer in einem Dampfzustand kombiniert werden, um ein Fotolackmaterial zu bilden. Der erste Vorläufer ist ein metallorganisches Material mit einer Formel: M_aR_bX_c, wobei M eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Bi, Sb, In und Te, R eine Alkylgruppe ist, die durch unterschiedliche elektronenspendende Gruppen (EDG) oder elektronenziehende Gruppen (EWG) substituiert ist, X eine Halogenid- oder Sulfonatgruppe ist, und a=1 oder 2, b =2 und c=2, und der zweite Vorläufer eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasser, einem Amin, einem Boran und einem Phosphin. Das Fotolackmaterial wird über der zu strukturierenden Zielschicht abgeschieden. Die Fotolackschicht wird selektiv mit aktinischer Strahlung belichtet, um ein latentes Muster zu bilden, und das latente Muster wird durch Aufbringen eines Entwicklers auf die selektiv belichtete Fotolackschicht entwickelt, um ein Muster zu bilden. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen gilt a=1. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen gilt a=2 und ist der erste Vorläufer ein metallorganisches Material mit einer Formel MR₂X₂-NH-MR₂X₂. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist der zweite Vorläufer Ammoniak.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements eine Fotolackschicht über einer zu strukturierenden Zielschicht gebildet, indem ein erster Vorläufer und ein zweiter Vorläufer in einem Dampfzustand kombiniert werden, um ein Fotolackmaterial zu bilden. Der erste Vorläufer ist ein metallorganisches Material mit einer Formel: M_aR_bX_c, wobei M eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Bi, Sb, In und Te, R eine Alkylgruppe ist, die durch unterschiedliche elektronenspendende Gruppen (EDG) oder elektronenziehende Gruppen (EWG) substituiert ist, X eine Halogenid- oder Sulfonatgruppe ist, und a=1 oder 2, b =1 und c=3, und der zweite Vorläufer eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasser, einem Amin, einem Boran und einem Phosphin. Das Fotolackmaterial wird über der zu strukturierenden Zielschicht abgeschieden. Die Fotolackschicht wird selektiv mit aktinischer Strahlung belichtet, um ein latentes Muster zu bilden, und das latente Muster wird durch Aufbringen eines Entwicklers auf die selektiv belichtete Fotolackschicht entwickelt, um ein Muster zu bilden. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen gilt a=1. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen gilt a=2 und ist der erste Vorläufer ein metallorganisches Material mit einer Formel MRX₃-O-MRX₃. In einer oder mehreren der vorangehenden oder folgenden Ausführungsformen ist der zweite Vorläufer Wasserdampf.
Das Vorstehende umreißt Merkmale mehrerer Ausführungsformen bzw. -beispiele, sodass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann sollte sich darüber im Klaren sein, dass er die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Grundlage für das Entwerfen oder Abwandeln anderer Prozesse und Strukturen verwenden kann, um dieselben Zwecke auszuführen und/oder dieselben Vorteile der vorliegend vorgestellten Ausführungsformen bzw. -beispiele zu erzielen. Der Fachmann sollte auch erkennen, dass derartige äquivalente Konstruktionen nicht von dem Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hieran vornehmen kann, ohne von dem Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63047350 [0001]
US 63/049956 [0001]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, umfassend: Bilden einer Fotolackschicht über einer zu strukturierenden Zielschicht, wobei das Bilden der Fotolackschicht Folgendes umfasst: Kombinieren eines ersten Vorläufers und eines zweiten Vorläufers in einem Dampfzustand, um ein Fotolackmaterial zu bilden, wobei der erste Vorläufer ein metallorganisches Material ist, das eine Folgende Formel aufweist: M_aR_bX_c wobei M eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Bi, Sb, In und Te, R ist eine Alkylgruppe, die durch eine oder mehrere von elektronenspendenden Gruppen (EDG) oder elektronenziehende Gruppen (EWG) substituiert ist, X eine Halogenid- oder Sulfonatgruppe ist, und 1 ≤ a ≤ 2, b ≥ 1, c ≥ 1 und b + c ≤ 4, und der zweite Vorläufer eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasser, einem Amin, einem Boran und einem Phosphin; und Abscheiden des Fotolackmaterials über der zu strukturierenden Zielschicht; selektives Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden; und Entwickeln des latenten Musters durch Aufbringen eines Entwicklers auf die selektiv belichtete Fotolackschicht, um ein Muster zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei R eine C1-C20-Alkylgruppe, einschließlich aller Isomere von C1-C20-Alkylgruppen, ist, die mit einer elektronenspendenden Gruppe substituiert ist, die aus einem oder mehreren der Folgenden ausgewählt ist: -O^--NH₂, -NHR1, -NR1₂, -OH, - OR1, -NHCOR1, -SH, -SR1, Phenylgruppe und -(C=O)O-, wobei R1 = C1-C4-Gruppen oder Phenylgruppen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei R eine C1-C20-Alkylgruppe, einschließlich aller Isomere von C1-C20-Alkylgruppen, ist, die mit einer elektronenziehenden Gruppe substituiert ist, die aus einem oder mehreren ausgewählt ist von -I, -Cl, -Br, -F, -NR2₃ ⁺, -NO₂, -SO₃H, - SO₂R2, -CN, -CHO, -COR2, -CO₂H, -CO₂R2, -CONH2, -CONHR2 und -CONR2₂, wobei R2 = C1-C4-Gruppen oder Phenylgruppen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei R eine oder mehrere C1-C4-Alkylgruppen ist, die mit einer Phenylgruppe, -NH₂, -NHR3, -NR3₂, -OH, -OR3 substituiert sind, wobei R3 = C1-C3-Alkylgruppe oder eine Phenylgruppe.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei R eine oder mehrere C1-C4-Alkylgruppen ist, die an der α-C-Position durch eine oder zwei Phenylgruppen, -NH₂, -NHR4, -NR4₂ oder -OR4 substituiert sind, wobei R4 = C1-C3-Alkylgruppe.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die aktinische Strahlung extreme ultraviolette Strahlung ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend, nach selektivem Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden, und vor Entwickeln des latenten Musters, Ausheizen der Fotolackschicht nach der Belichtung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fotolackmaterial durch Atomlagenabscheidung (ALD) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD) über der zu strukturierenden Zielschicht abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Vorläufer ein durch NH oder O verbundenes Dimer ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend, nach selektivem Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden, und vor Entwickeln des latenten Musters, Erhitzen der Fotolackschicht bei einer Temperatur im Bereich von 150 °C bis 230 °C.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Entwickler ein Trockenentwickler ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend, vor selektivem Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden, Erhitzen der Fotolackschicht bei einer Temperatur im Bereich von 40 °C bis 120 °C.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, umfassend: Bilden einer Fotolackschicht über einer zu strukturierenden Zielschicht, wobei das Bilden der Fotolackschicht Folgendes umfasst: Kombinieren eines ersten Vorläufers und eines zweiten Vorläufers in einem Dampfzustand, um ein Fotolackmaterial zu bilden, wobei der erste Vorläufer ein metallorganisches Material ist, das eine Folgende Formel aufweist: M_aR_bX_c wobei M eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Sn, Bi, Sb, In und Te, R ist eine Alkylgruppe, die durch eine oder mehrere von elektronenspendenden Gruppen (EDG) oder elektronenziehende Gruppen (EWG) substituiert ist, X eine Halogenid- oder Sulfonatgruppe ist, und a=1 oder 2, b =2 und c=2, und der zweite Vorläufer eines oder mehrere ist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Wasser, einem Amin, einem Boran und einem Phosphin; und Abscheiden des Fotolackmaterials über der zu strukturierenden Zielschicht; selektives Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden; und Entwickeln des latenten Musters durch Aufbringen eines Entwicklers auf die selektiv belichtete Fotolackschicht, um ein Muster zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei a=1.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei a=2 und der erste Vorläufer ein metallorganisches Material mit einer Formel MR₂X₂-NH-MR₂X₂ ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 13 bis 15, wobei der zweite Vorläufer Ammoniak ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, umfassend: Bilden einer Fotolackschicht über einer zu strukturierenden Zielschicht, wobei das Bilden der Fotolackschicht Folgendes umfasst: Kombinieren eines ersten Vorläufers und eines zweiten Vorläufers in einem Dampfzustand, um ein Fotolackmaterial zu bilden, wobei der erste Vorläufer ein metallorganisches Material ist, das eine Folgende Formel aufweist: M_aR_bX_c wobei M eines oder mehrere von Sn, Bi, Sb, In oder Te einschließt, R ist eine Alkylgruppe, die durch eine oder mehrere von elektronenspendenden Gruppen (EDG) oder elektronenziehende Gruppen (EWG) substituiert ist, X eine Halogenid- oder Sulfonatgruppe ist, und a=1 oder 2, b =1 und c=3, und der zweite Vorläufer eines oder mehrere von Wasser, einem Amin, einem Boran oder einem Phosphin einschließt; und Abscheiden des Fotolackmaterials über der zu strukturierenden Zielschicht; selektives Belichten der Fotolackschicht mit aktinischer Strahlung, um ein latentes Muster zu bilden; und Entwickeln des latenten Musters durch Aufbringen eines Entwicklers auf die selektiv belichtete Fotolackschicht, um ein Muster zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei a=1.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei a=2 und der erste Vorläufer ein metallorganisches Material mit einer Formel MRX₃-O-MRX₃ ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, wobei der zweite Vorläufer Wasserdampf ist.