DE10243159A1

DE10243159A1 - Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE10243159A1
Application number: DE10243159A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kawai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2003-07-31
Also published as: US20030138735A1; US6818383B2; JP2003209046A; CN1433051A; KR20030062200A; TW550664B

Abstract

Bei einem Verfahren zum Bilden eines Photolackmusters wird die Oberfläche einer eine basische Substanz enthaltenden Unterlagenschicht einem Plasma aus einem Kohlenstoff enthaltenden Gas ausgesetzt, um die Oberfläche zu verändern. Eine chemisch verstärkende Photolackschicht wird auf der Unterlagenschicht aufgebracht. Der chemisch verstärkende Photolack wird Belichtungs- und Entwicklungsbehandlungen ausgesetzt, um den chemisch verstärkenden Photolack zu strukturieren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters und auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Bildungsverfahrens. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren, bei dem ein chemisch verstärkender Photolack genau auf einer Unterlagenschicht strukturiert wird, die eine basische Substanz enthält, und auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung der Ausbildungsmethode.

Fig. 10 und 11 sind jeweils Querschnitte, die ein bekanntes Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines chemisch verstärkenden Photolacks zeigen. Mit Bezug zu Fig. 10(a) werden auf einem Halbleitersubstrat 101 nacheinander eine zu bearbeitende Schicht 103, eine Antireflexionsschicht 105 und ein chemisch verstärkender Positiv-Photolack 107 ausgebildet. Mit Bezug auf Fig. 10(b) wird als nächstes das Halbleitersubstrat 101 über eine Photomaske 109 mit einem bestimmten Muster mit einem Excimerlaserstrahl 111 bestrahlt, um den chemisch verstärkenden Photolack 107 damit zu belichten. Bei der Belichtung wird in dem chemisch verstärkenden Photolack 107 an einem belichteten Abschnitt 107a, der mit dem Strahl bestrahlt worden ist, Protonensäure H⁺ erzeugt. Diese Protonensäure wirkt als ein Katalysator, der bewirkt, dass ein Photolack o. ä. einer chemischen Veränderung unterliegt und in eine Substanz umgewandelt wird, die in einem flüssigen Entwickler gelöst werden kann.

Mit Bezug auf Fig. 10(c) wird der belichtete chemisch verstärkende Photolack 107 entwickelt, damit die belichteten Abschnitte 107a gelöst werden und die nichtbelichteten Abschnitte 107b bleiben, wodurch ein Photolack-Muster 107c gebildet wird. Mit Bezug auf Fig. 11(a) wird die Antireflexionsschicht 105 unter Verwendung einer Maske aus dem Photolackmuster 107 geätzt, um ein Antireflexionsschichtmuster 105b zu bilden.

Danach wird mit Bezug auf Fig. 11(b) die zu bearbeitende Schicht 103 unter Verwendung einer Maske aus dem Photolackmuster 107c und dem Antireflexionsschichtmuster 105b geätzt, wodurch ein erwünschtes Muster der zu bearbeitenden Schicht 103a gewonnen wird. Nachfolgend wird das Photolackmuster entfernt, worauf ein bestimmtes Verfahren folgt, um eine gewünschte Halbleitervorrichtung zu vollenden.

Wenn jedoch in einem solchen Stand der Technik wie oben beschrieben die Antireflexionsschicht als eine unter dem chemisch verstärkenden Photolack liegende Schicht eine basische Substanz enthält, die leicht ein Elektron liefert, verringert sich die Lösbarkeit des Photolacks in einem flüssigen Entwickler durch ein sogenanntes Säuredeaktivierungsphänomen, bei dem die in dem Photolack erzeugte Protonensäure (H⁺) mit dem von der Antireflexionsschicht gelieferten Elektron an der Grenzfläche zwischen dem Photolack und der Antireflexionsschicht eine Neutralisierungsreaktion eingeht, wie in Fig. 12 dargestellt.

Demzufolge nimmt das Photolackmuster 107c an seinem unteren Abschnitt wie in Fig. 10(c) dargestellt die Form einer Schleppe an. Wenn die zu bearbeitende Schicht unter Verwendung einer Maske aus einem solchen Photolackmuster geätzt wird, kann das resultierende Schichtmuster breiter werden als eine gewünschte Größe oder eine solche stufenverschobene Form annehmen, dass sein Schulterabschnitt abwärts geneigt ist, was das Problem aufwirft, dass die Kontrolle der Genauigkeit der Abmessungen schwierig wird.

Es sei angemerkt, dass der oben erwähnte chemisch verstärkende Photolack als Positiv-Photolack angenommen ist (bei dem ein belichteter Abschnitt in einem flüssigen Entwickler gelöst wird) und das bei einem Negativ-Photolack (bei dem ein nichtbelichteter Abschnitt in einem flüssigen Entwickler gelöst wird) das Photolackmuster an seinem unteren Abschnitt dünner wird, wodurch ein ähnliches Problem dadurch auftritt, dass das Photolackmuster leicht abgehen könnte oder dass das Muster der zu bearbeitenden Schicht dünner werden kann.

Zum Lösen solcher Probleme, wie sie oben beschrieben worden sind, wurde die vorliegende Erfindung durchgeführt, und die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bilden eines Photolackmusters bereitzustellen, das die Bildung eines genauen Photolackmusters auch auf einer Unterlagenschicht sicherstellt, die eine basische Substanz enthält.

Weiterhin soll ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Verfahrens zum Bilden eines Photolackmusters bereitgestellt werden.

Die Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, 5, 6, bzw. 11. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters eine Oberfläche einer Unterlagenschicht mit einem Plasma aus einem kohlenstoffhaltigen Gas behandelt. Auf der oberflächenbehandelten Unterlagenschicht wird ein chemisch verstärkender Photolack gebildet. Der chemisch verstärkende Photolack wird einer Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung unterzogen, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird.

Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters einer Oberfläche einer Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält, behandelt indem sie einem Ozongas ausgesetzt wird. Auf der in dieser Weise oberflächenbehandelten Unterlagenschicht wird ein chemisch verstärkender Photolack gebildet. Der chemisch verstärkende Photolack wird einer Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung unterzogen, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird.

Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters einer Oberfläche einer Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält, behandelt, indem sie einem sauerstoffhaltigen Hochtemperaturgas ausgesetzt wird. Auf der in dieser Weise oberflächenbehandelten Unterlagenschicht wird ein chemisch verstärkender Photolack gebildet. Der chemisch verstärkende Photolack wird einer Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung unterzogen, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird.

Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters auf einem Substrat eine Unterlagenschicht gebildet, die eine basische Substanz enthält. Auf der Unterlagenschicht wird ein chemisch verstärkender Photolack gebildet. Der chemisch verstärkende Photolack wird einer Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung unterzogen, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird. Die Belichtung wird in solcher Weise durchgeführt, dass an das Substrat durch ein Spannungsanlegemittel ein Potential angelegt wird, das bewirkt, dass die Unterlagenschicht polarisiert wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 einen schematischen Querschnitt, der die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10 einen schematischen Querschnitt, der ein bekanntes Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung zeigt;
Fig. 11 einen schematischen Querschnitt, der ein bekanntes Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung zeigt;
Fig. 12 einen schematischen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung zur Erläuterung bekannter Probleme.
Fig. 1 bis 3 sind jeweils schematische Querschnitte, die die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Es sei angemerkt, dass dieselben und entsprechende Abschnitte in der folgenden Erläuterung mit denselben Bezugszeichen versehen sind und nicht wiederholt dargestellt werden, nachdem sie einmal dargelegt worden sind.
Mit Bezug auf Fig. 1(a) wird auf einem Halbleitersubstrat 1 durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren unter Verwendung eines aus SiH₄ (Silan) und H₂ (Wasserstoff) zusammengesetzten Gases oder eines aus SiH₄ und N₂ (Stickstoff) zusammengesetzten Gases unter Bildungstemperaturbedingungen von 600 bis 700°C eine zu bearbeitende Schicht 3 aus Polysilizium ausgebildet. In diesem Schritt können PH₃ oder AsH₃ als eine Dotierungsquelle verwendet werden, was es den Fremdatomen ermöglicht, durch Wärmebehandlung zu diffundieren. Als nächstes wird auf der zu bearbeitenden Schicht 3 mit einem Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines aus SiH₄, NH₃ (Ammoniak) und N₂O (Dinitrooxid) unter Bildungstemperaturbedingungen von 300°C bis 450°C eine Antireflexionsschicht 5 aus einem Material mit basischen Eigenschaften, z. B. das N-haltige SiON (Siliziumoxynitrid) ausgebildet.
Außer dem oben erwähnten SiON kann für die basische Eigenschaften aufweisende Antireflexionsschicht 5 auch SiN (Siliziumnitrid), TiN (Titannitrid) oder Ähnliches verwendet werden. SiN kann durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines aus SiH₄, NH₃ und H₂ zusammengesetzten Gases unter Bildungstemperaturbedingungen von 300°C bis 450°C gebildet werden.
Mit Bezug auf Fig. 1(b) wird als nächstes ein C-haltiges (kohlenstoffhaltiges) Gas in ein Plasma umgewandelt, und das Halbleitersubstrat 1 wird dem Plasma 2 ausgesetzt, um die Oberfläche der Antireflexionsschicht 5 zu verändern. Das Plasma 2 wird dadurch gebildet, dass das C-haltige Gas bei einem Druck von 1,33 Pa bis 133 Pa durch Verwendung eines ICP-Plasmareaktors oder eines Zweifrequenzplasmareaktors mit parallelen Platten entladen wird. Die Zeit des Aussetzens dem Plasma 2 gegenüber liegt ungefähr in dem Bereich von 5 Sekunden bis 30 Sekunden. Durch die Oberflächenbehandlung wird auf der Oberfläche der Antireflexionsschicht 5 eine 1-20 nm dicke veränderte Schicht aus einem Polymer auf der Grundlage von CF (C_xF_y} gebildet.
Beispiele für C-haltige Gase beinhalten Gase die zumindest eines der folgenden enthalten: Fluorkohlenstoffgase, Fluorkohlenwasserstoffgase, Kohlenwasserstoffgase, HMDS (Hexamethyldisilazan:((CH₃)₃Si)₂NH), CO (Kohlenmonoxid), CO₂ (Kohlendioxid), und R-OH (Alkohole, R = Alcylgruppe).
Die Flurkohlenstoffgase beinhaltet CF₄ (Tetrafluormethan), C₄F₈ (Octafluorcyclobutan), C₅F₈ (Octafluorcyclopenten), C₄F₆ (Hexafluor-1,3-butadien), C₂F₆ (Hexafluorethan), C₃F₈ (Octafluorpropan) und Ähnliches. Die Fluorkohlenwasserstoffgase beinhalten CHF₃ (Trifluormethan), CH₂F₂ (Difluormethan), CH₃F (Monofluormethan) und Ähnliches. Die Kohlenwasserstoffgase beinhalten CH₄ (Methan), C₂H₂ (Acetylen), C₂H₄ (Ethylen) und Ähnliches.
Mit Bezug auf Fig. 1(c) wird auf der Antireflexionsschicht 5, auf deren Oberfläche die veränderte Schicht 4 ausgebildet ist, eine 500 nm dicke chemisch verstärkende Photolackschicht 7 gebildet. Die verwendete chemisch verstärkende Photolackschicht 7 besteht aus einem kommerziell erhältlichen Positiv-Photolack (TDUR-P015 von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.).
Mit Bezug auf Fig. 2(a) wird als nächstes der chemisch verstärkende Photolack 7 auf dem Halbleitersubstrat 1 durch eine Photomaske 9 mit einem gewünschten Muster durch Bestrahlung mit einem Excimerlaserstrahl 11 wie z. B. von KrF (Wellenlänge 248 nm) oder ArF (Wellenlänge 193 nm) belichtet.
Auch wenn bei der Belichtung eine Protonensäure (H⁺) als Katalysator zum Fördern einer chemischen Veränderung in dem belichteten Abschnitten des Photolacks 7a erzeugt wird, wirkt die an der Oberfläche der als Unterlagenschicht verwendeten Antireflexionsschicht 5 gebildete veränderte Schicht 4 als eine Blockierschicht zum Blockieren der Zufuhr von Elektronen von der Antireflexionsschicht 5, wobei an der Grenzfläche zwischen dem Photolack und der Antireflexionsschicht die Neutralisierungsreaktion (das Säuredeaktivierungsphänomen) aufgehalten wird.
Mit Bezug auf Fig. 2(b) erhöht sich demzufolge in einer nachfolgenden Entwicklungsbehandlung die Lösbarkeit der belichteten Abschnitte 7a in einem flüssigen Entwickler, so dass ein durch Stehenlassen der nichtbelichteten Abschnitte 7b gebildetes Photolackmuster 7c einen schleppenfreien guten Aufbau annimmt. Die obige Oberflächenbehandlung bringt auf der Oberfläche der Antireflexionsschicht 5 die hydrophobe Eigenschaft hervor und bewirkt eine Verbesserung der Haftung zwischen dem Photolack 7 und der Antireflexionsschicht 5.
Mit Bezug auf Fig. 2(c) werden die veränderte Schicht 4 und die Antireflexionsschicht 5 durch das Photolackmuster 7c unter Verwendung eines Plasmas aus einem aus CF₄, O₂ und Ar zusammengesetzten Gases kontrolliert bei einem Druck von 10 m Torr bis 800 m Torr in einer Zweifrequenzätzvorrichtung mit parallelen Platten geätzt, um ein Antireflexionsschichtmuster 5a zu bilden. Es sei angemerkt, dass zu dem oben genannten Gasgemisch weiterhin ein CHF₃-Gas hinzugefügt werden kann.
Mit Bezug auf Fig. 3 wird weiterhin die zu bearbeitende Schicht 3 durch eine aus dem Photolackmuster 7c und dem Antireflexionsschichtmuster 5a gebildete Maske unter Verwendung eines Plasmas aus einem aus Cl₂ und O₂ oder aus HBr und O₂ zusammengesetzten Gases kontrolliert in einem Druck von 0,2 bis 10 Pa durch ein ICP- oder ECR-Ätzvorrichtung geätzt, um ein Schichtmuster 3a zu bilden. Anschließend wird das Photolackmuster 7c, das jetzt nicht mehr nötig ist, entfernt, gefolgt von einer Bearbeitung in gegebenen Schritten, wodurch eine gewünschte Halbleitervorrichtung vollendet wird.
Wie oben beschrieben wird entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung die Antireflexionsschicht, die eine basische Substanz enthält und als eine Unterlagenschicht dient, auf der ein chemisch verstärkender Photolack ausgebildet werden soll, in ihrer Oberfläche einem ein C-haltiges Gas verwendenden Plasma ausgesetzt, so dass bei Belichtung im Verlauf der Bildung eines Musters des chemisch verstärkenden Photolacks eine Neutralisierungsreaktion, die ansonsten an der Grenzfläche zwischen der Antireflexionsschicht und dem chemisch verstärkenden Photolack auftreten würde, unterdrückt wird, wodurch ein Photolackmuster mit einem guten Aufbau gewonnen wird.
Darüber hinaus wird durch die Plasmabehandlung die Haftung zwischen dem chemisch verstärkten Photolack und der Antireflexionsschicht verbessert, so dass ein Abtrennen des Photolacks geeignet verhindert werden kann. Demzufolge wird die Steuerbarkeit des Ätzens der zu bearbeitenden Schicht durch die Maske aus dem chemisch verstärkenden Photolackmuster verbessert, wodurch es möglich wird, eine Halbleitervorrichtung mit einem guten Muster der zu bearbeitenden Schicht mit kontrollierter hoher Abmessungsgenauigkeit herzustellen.
In der ersten Ausführungsform wird die Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält, einer Behandlung mit einem Chaltigen Plasma ausgesetzt, um ihre Oberfläche zu verändern. In der zweiten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung behandelt, das weniger Schaden anrichtet als die Plasmabehandlung. Fig. 4, 5 und 6 sind jeweils thematische Querschnitte, die die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschreiben. Anhand dieser Zeichnungen wird die zweite Ausführungsform im folgenden im Detail beschrieben.
Mit Bezug auf Fig. 4(a) werden auf einem Halbleitersubstrat 1 wie bei der ersten Ausführungsform der Reihe nach eine zu bearbeitende Schicht 3 aus Polysilizium und eine Antireflexionsschicht 5 als Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält und aus SiON oder ähnlichem gebildet ist, gebildet. Mit Bezug auf Fig. 4(b) wird als nächstes die Oberfläche der Antireflexionsschicht 5 des Halbleitersubstrats 1 einem O₃-Gas 6 (Ozon) ausgesetzt, um die Oberfläche der Antireflexionsschicht 5 zu verändern. Das O₃-Gas 6 wird der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 mit der Kraft zugeführt, mit der ein in einem Ozonisator erzeugtes Ozongas ausgeblasen wird, während das Halbleitersubstrat 1 an einem Gestell einer gegebenen Behandlungsvorrichtung angebracht ist, die auf eine Temperatur von 20°C bis 200°C eingestellt ist, und der Druck innerhalb der Vorrichtung auf 100 m Torr bis 10 Torr gehalten wird. Entsprechend einer solchen Oberflächenbehandlung wie oben beschrieben, wird auf dem Antireflexionsschicht 5 eine veränderte Schicht 8 aus einer 1 nm bis 10 nm dicken Oxidschicht (SiO_x (mit 0 < x2)) gebildet.
Mit Bezug auf Fig. 4(c) wird als nächstes auf der Antireflexionsschicht 5, an deren Oberfläche die veränderte Schicht 8 gebildet ist, eine 500 nm dicke chemisch verstärkende Positiv- Photolackschicht 7 gebildet.
Mit Bezug auf Fig. 5(a) wird nachfolgend das Halbleitersubstrat 1 durch eine Photomaske 9 mit einem gewünschten Muster mit einem Excimerlaserstrahl 11 wie z. B. KrF (248 nm) oder ArF (193 nm) bestrahlt, wodurch der chemisch verstärkende Photolack 7 dem Strahl ausgesetzt wird. Auch wenn bei der Belichtung in den belichteten Abschnitten 7a des Photolacks eine Protonensäure (H⁺) als ein Katalysator zum Fördern einer chemischen Veränderung erzeugt wird, wirkt die auf der Oberfläche der Antireflexionsschicht 5 als Unterlagenfläche gebildete veränderte Schicht 8 als eine Blockierschicht zum Blockieren der Zufuhr von Elektronen von der Antireflexionsschicht 5, wodurch an der Grenzfläche zwischen dem Photolack und der Antireflexionsschicht die Neutralisierungsreaktion (das Säuredeaktivierungsphänomen) aufgehalten wird.
Mit Bezug auf Fig. 5(b) steigt demzufolge bei einer nachfolgenden Entwicklungsbehandlung die Lösbarkeit der belichteten Abschnitte 7a in einem flüssigen Entwickler, so dass ein durch Stehenlassen der nichtbelichteten Abschnitte 7b gebildetes Photolackmuster 7c einen schleppenfreien guten Aufbau annimmt. Da das Halbleitersubstrat nur der Atmosphäre eines Gases ausgesetzt ist, wird ein durch ein Plasma verursachter Beschädigung durch Aufladen, wie sie bei einer Plasmabehandlung erfahren wird, verringert, so dass der Bruch einer Gate-Isolierschicht oder Ähnliches verhindert werden kann.
Mit Bezug auf Fig. 5(c) werden die veränderte Schicht 8 und die Antireflexionsschicht 5 wie bei der ersten Ausführungsform nacheinander durch eine Maske aus dem Photolackmuster 7c geätzt, um ein Antireflexionsschichtmuster 5a zu bilden. Mit Bezug auf Fig. 6 wird anschließend die zu bearbeitende Schicht 3 durch eine aus dem Photolackmuster 7c und dem Antireflexionsschichtmuster 5a gebildete Maske geätzt, um ein Muster der zu bearbeitenden Schicht 3a zu bilden. Schließlich wird das überflüssige Photolackmuster 7c entfernt, gefolgt durch gegebene Schritte zum Vollenden einer Halbleitervorrichtung.
Wie oben beschrieben wird entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung die Antireflexionsschicht, die eine basische Substanz enthält und als eine Grundlagenschicht dient, auf der der chemisch verstärkende Photolack gebildet werden soll, an ihrer Oberfläche einem O₃-Gas ausgesetzt, so dass bei der Belichtung im Verlauf der Bildung des chemisch veränderten Photolackmusters die Neutralisierungsreaktion, die an der Grenzfläche zwischen der Antireflexionsschicht und dem chemisch verstärkten Photolack auftreten würde, aufgehalten wird, wodurch ein Photolackmuster mit einem guten Aufbau gewonnen wird. Demzufolge wird die Steuerbarkeit des Ätzens der zu bearbeitenden Schicht durch die Maske des Photolackmusters verbessert, wodurch die Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem guten Muster der zu bearbeitenden Schicht mit kontrollierter hoher Abmessungsgenauigkeit sichergestellt wird.
Da die veränderte Schicht lediglich durch Aussetzen einem O₃- Gas gegenüber gebildet wird, kann ein durch ein Plasma verursachter Beschädigung durch Aufladen, wie sie bei einer Plasmabehandlung erfahren wird, verringert werden, so dass eine zuverlässige Halbleitervorrichtung hergestellt werden kann.
In der zweiten Ausführungsform wird die Oberfläche der Antireflexionsschicht, die als eine Grundlagenschicht für einen chemisch verstärkenden Photolack verwendet wird, mit einem Ozongas verändert. In der dritten Ausführungsform wird anstelle des Ozongases ein sauerstoffhaltiges Gas mit hoher Temperatur verwendet wie z. B. N₂O oder O₂. Die anderen Schritte sind ähnlich wie der zweiten Ausführungsform. Ein solches Hochtemperaturgas, das in einem Reaktionsofen auf eine hohe Temperatur von 600°C bis 1000°C aufgeheizt wird, wird der Oberfläche einer Halbleitervorrichtung 1 mit der Kraft seines Ausblasens zugeführt, während das Halbleitersubstrat auf einem Gestell einer gegebenen Vorrichtung angebracht ist und der Druck innerhalb der Vorrichtung zwischen 100 m Torr bis 10 Torr gehalten wird.
Wie oben beschrieben wird entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung die Antireflexionsschicht, die eine basische Substanz enthält und als eine Grundlagenschicht dient, auf der der chemisch verstärkende Photolack gebildet werden soll, an ihrer Oberfläche einem sauerstoffhaltigen Gas wie z. B. N₂O oder O₂ ausgesetzt, so dass bei der Belichtung im Verlauf der Bildung des chemisch veränderten Photolackmusters die Neutralisierungsreaktion, die an der Grenzfläche zwischen der Antireflexionsschicht und dem chemisch verstärkten Photolack auftreten würde, unterdrückt wird, wodurch ein Photolackmuster mit einem guten Aufbau gewonnen wird. Demzufolge wird die Steuerbarkeit des Ätzens der zu bearbeitenden Schicht durch die Maske des Photolackmusters verbessert, wodurch die Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem guten Muster der zu bearbeitenden Schicht mit kontrollierter hoher Abmessungsgenauigkeit ermöglicht wird.
Da die veränderte Schicht lediglich durch Aussetzen einem N₂O oder O₂-Gas gebildet wird, kann ein durch ein Plasma verursachter Beschädigung durch Aufladen, wie sie bei einer Plasmabehandlung erfahren wird, verringert werden, so dass die Herstellung einer zuverlässigen Halbleitervorrichtung sichergestellt ist.
In der ersten bis dritten Ausführungsform wird die veränderte Schicht auf der Oberfläche einer Grundlagenschicht gebildet, die eine basische Substanz enthält, und die Neutralisierungsreaktion wird dadurch unterdrückt, dass die Zufuhr von Elektronen von der Grundlagenschicht an den Photolack blockiert wird. In der vierten Ausführungsform wird auf einem Halbleitersubstrat 1 ein elektrisches Verfahren durchgeführt, um die Neutralisierungsreaktion einer in der Nähe der Grenzfläche mit der Grundlagenschicht gebildeten Protonensäure (H⁺) unterdrückt wird.
Fig. 7 und 8 sind jeweils schematische Querschnitte, die die Herstellungsschritte einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen.
Mit Bezug auf Fig. 7(a) werden auf einem Halbleitersubstrat 1 wie bei der ersten Ausführungsform der Reihe nach eine zu bearbeitende Schicht 3 aus Polysilizium und eine Antireflexionsschicht 5 als Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält und aus SiON oder ähnlichem gebildet ist, gebildet.
Mit Bezug auf Fig. 7(b) wird als nächstes auf der Antireflexionsschicht 5 eine chemisch verstärkende Photolackschicht 7 gebildet.
Mit Bezug auf Fig. 7(c) wird nachfolgend das Halbleitersubstrat 1 durch eine Photomaske 9 mit einem gewünschten Muster mit einem Excimerlaserstrahl 11 wie z. B. KrF (248 nm) oder ArF (193 nm) bestrahlt, wodurch der chemisch verstärkende Photolack 7 dem Strahl ausgesetzt wird. Bei der Belichtung wird von einem Spannungsanlegemittel 10 ein bestimmtes positives Potential an das Halbleitersubstrat 1 angelegt. Das Potential kann direkt an das Halbleitersubstrat 1 angelegt werden, oder es kann indirekt angelegt werden, indem eine Spannung an ein Gestell einer Halbleiterherstellungsvorrichtung angelegt wird, an dem das Halbleitersubstrat angebracht ist.
Fig. 9 ist ein Querschnitt eines Teils der Halbleitervorrichtung, die schematisch das Verhalten von elektrischen Ladungen in der Antireflexionsschicht 5 darstellt, wenn ein positives Potential an das Halbleitersubstrat angelegt wird. Mit Bezug auf Fig. 9 werden die Ladungen in der Antireflexionsschicht 5, wenn ein positives Potential an das Halbleitersubstrat 1 angelegt wird, polarisiert in positive Ladungen, die sich an einer Oberfläche sammeln, und negative Ladungen (Elektronen) an der entgegengesetzten Oberfläche. Unter dieser Bedingung wird, wenn der chemisch verstärkende Photolack 7 belichtet wird, in dem belichteten Abschnitt 7a eine Protonensäure (H⁺) als ein Katalysator zum Fördern einer chemischen Reaktion erzeugt. Andererseits sind in der basischen Antireflexionsschicht 5 die Elektronen so wie oben dargestellt polarisiert, und die Elektronen sind wie eingefangen, was bewirkt dass die basische Eigenschaft der Zufuhr von Elektronen geschwächt wird.
Demzufolge wird die Zufuhr von Elektronen von der Antireflexionsschicht 5 reduziert und die Neutralisierungsreaktion zwischen der Protonensäure (H⁺) und den Elektronen in dem Photolack wird unterdrückt.
Wie in Fig. 8(a) dargestellt steigt demzufolge bei einer nachfolgenden Entwicklungsbehandlung die Lösbarkeit der belichteten Abschnitte 7a in einem flüssigen Entwickler, so dass ein durch Stehenlassen der nichtbelichteten Abschnitte 7b gebildetes Photolackmuster 7c einen schleppenfreien guten Aufbau annimmt.
Die folgenden Schritte werden wir bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Mit Bezug auf Fig. 8(b) wird die Antireflexionsschicht 5 durch eine Maske aus dem Photolackmuster 7c geätzt, um ein Antireflexionsschichtmuster 5a zu bilden. Mit Bezug auf Fig. 8(c) wird anschließend die zu bearbeitende Schicht 3 durch eine aus dem Photolackmuster 7c und dem Antireflexionsschichtmuster 5a gebildete Maske geätzt, um ein Muster der zu bearbeitenden Schicht 3a zu bilden. Danach wird das überflüssige Photolackmuster 7c entfernt, gefolgt durch gegebene Schritte zum Vollenden einer Halbleitervorrichtung.
Es sei angemerkt, dass die Protonensäure (H⁺) in dem Photolack von den positiven Ladungen zurückgestoßen wird, die sich durch die Polarisation an der Oberfläche der Antireflexionsschicht bilden, wenn das von dem Spannungsanlegemittel 10 gelieferte positive Potential zu hoch ist. Das bewirkt, dass die katalytische Reaktion auf dem Grund des Photolacks verringert wird, mit der Möglichkeit, dass der Aufbau verschlechtert wird. Dementsprechend sollte das angelegte positive Potential groß genug sein, damit die Elektronen eingefangen werden können, und es sollte einen solchen kleinen Pegel haben, dass die Protonensäure (H⁺) nicht abgestoßen wird. Vorzugsweise liegt es in einem Bereich von +100 V bis +1000 V.
In dem obigen Beispiel ist die angelegte Spannung eine positive DC-Spannung. Ähnliche Ergebnisse werden erzielt, wenn eine Hochfrequenzspannung angelegt wird, so dass sich die Protonensäure (H⁺) in die Nachbarschaft der Grenzfläche mit der Antireflexionsschicht hin bewegt, während sie in den belichteten Abschnitten 7a des Photolacks vertikal schwingt. Die Hochfrequenz sollte vorzugsweise in einem Bereich von 100 kHz bis 20 MHz liegen, in dem die H⁺-Ionen der Protonsäure folgen.
Entsprechend der vierten Ausführungsform der Erfindung wird ein positives Potential an die Halbleitervorrichtung angelegt, durch das die Elektronen in der Antireflexionsschicht eingefangen werden, und somit ist die Eigenschaft der Antireflexionsschicht, als eine Base Elektronen zuzuführen, geschwächt. Die Deaktivierung der Protonensäure (H⁺) in dem chemisch verstärkenden Photolack wird unterdrückt, wodurch ein Photolackmuster mit einem guten Aufbau bereitgestellt wird. Demzufolge wird die Kontrollierbarkeit des Ätzens der zu bearbeitenden Schicht durch die Maske aus dem Photolackmuster verbessert, wodurch eine Halbleitervorrichtung mit einem guten Muster der zu bearbeitenden Schicht mit kontrollierter hoher Abmessungsgenauigkeit gewonnen wird.
Auch wenn in den vorangegangenen Ausführungsformen angenommen wurde, dass die Unterlagenschicht, die eine Basizität aufweist, aus einer Antireflexionsschicht besteht, besteht nicht notwendigerweise eine Beschränkung auf dieses Beispiel. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auf alle Arten von Unterlagenschichten angewendet werden, insofern solche Unterlagenschichten eine basische Substanz enthalten und Basizität aufweisen. Es ist zum Beispiel möglich, das Verfahren gemäß der Erfindung auf Bildung eines Musters auf N-haltigen Materialien anzuwenden, wobei nicht nur TiN, WN (Wolframnitrid) und TaN (Tantalnitrid), die als Barrierenmetallschicht verwendet werden, sondern auch BN (Bornitrid), CN (Kohlenstoffnitrid), AlN (Aluminiumnitrid), GaN (Galliumnitrid), GeN (Germaniumnitrid) und Ähnliches, die als eine Schicht für andere Zwecke verwendet werden, eingeschlossen sind. Auch wenn angenommen wird, dass der chemisch verstärkende Photolack ein Positivlack ist, werden natürlich ähnliche Ergebnisse erzielt, wenn ein Negativlack verwendet wird.
Die oben beschriebene Erfindung hat die im folgenden beschriebenen Wirkungen.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird die Oberfläche einer Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält, mit einem Plasma aus einem kohlenstoffhaltigen Gas behandelt, so dass der darauf gebildete chemisch verstärkende Photolack genau strukturiert werden kann.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Haftung zwischen der Unterlagenschicht und dem chemisch verstärkenden Photolack verbessert, so dass das Abtrennen des Photolacks verhindert werden kann.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung kann auf einer . Unterlagenschicht wie z. B. aus SiON, SiN, TiN, WN, TaN, BN, CN, AlN, GaN oder GeN ein Photolackmuster mit hoher Genauigkeit gebildet werden.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung kann die Reflexion eines Belichtungsstrahls verhindert werden, so dass eine genaueres Photolackmuster gebildet werden kann.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Oberfläche einer Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält, einem Ozongas ausgesetzt, so dass ein chemisch verstärkender Photolack, der darauf gebildet wird, genau strukturiert und der Schaden an der Unterlagenschicht verringert werden kann, wodurch ein in hohem Maße zuverlässiges Strukturieren sichergestellt wird.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält, auf ihrer Oberfläche einem Sauerstoff enthaltenen Hochtemperaturgas ausgesetzt, so dass ein chemisch verstärkender Photolack, der darauf gebildet wird, genau strukturiert und der Schaden an der Unterlagenschicht reduziert werden kann, wodurch eine im hohen Maßen zuverlässige Strukturierung erreicht werden kann.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung kann der chemisch verstärkende Photolack durch Verwendung eines einfachen Gases wie z. B. N₂O oder O₂ als Hochtemperaturgas genauer gebildet werden.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Unterlagenschicht, die eine basische Substanz enthält, durch Anlegen eines positiven Potentials an ein Substrat polarisiert, so dass der darauf gebildete chemisch verstärkende Photolack genau gebildet werden kann.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Steuerbarkeit einer angelegten Spannung verbessert, so dass eine stabile Strukturierung des chemisch verstärkenden Photolacks möglich ist.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung kann das Strukturieren des chemisch verstärkenden Photolacks durch Verwendung einer existierenden Halbleiterherstellungsvorrichtung mit hoher Genauigkeit realisiert werden.
Entsprechend einem anderen Aspekt der Erfindung kann der zu bearbeitende Film durch eine genaue Photolackmustermaske geätzt werden, so dass die Steuerbarkeit des Ätzens der Schicht verbessert wird, wodurch eine Halbleitervorrichtung mit einem guten Muster der zu bearbeitenden Schicht mit kontrollierter hoher Abmessungsgenauigkeit erzielt wird.

Claims

1. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters mit folgenden Schritten:
Behandeln einer Oberfläche einer Unterlagenschicht (5), die eine basische Substanz enthält, indem sie einem ein kohlenstoffhaltiges Gas verwendenden Plasma (2) ausgesetzt wird;
Bilden einer chemisch verstärkenden Photolackschicht (7) auf der oberflächenbehandelten Unterlagenschicht (4); und
Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung des chemisch verstärkenden Photolacks, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird.

2. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters nach Anspruch 1, bei dem das kohlenstoffhaltige Gas ein Gas ist, das zumindest einen Fluorkohlenstoff, einen Fluorkohlenwasserstoff, einen Kohlenwasserstoff, Hexamethylsilazan, CO, CO₂ oder einen Alkohol (R-OH) enthält.

3. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Unterlagenschicht (5) zumindest SiON, SiN, TiN, WN, TaN, BN, CN, AlN, GaN oder GeN enthält.

4. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Unterlagenschicht (5) eine Antireflexionsschicht ist.

5. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters mit folgenden Schritten:
Behandeln einer Oberfläche einer Unterlagenschicht (5), die eine basische Substanz enthält, indem sie einem Ozongas (6) ausgesetzt wird;
Bilden einer chemisch verstärkenden Photolackschicht (7) auf der in dieser Weise oberflächenbehandelten Unterlagenschicht (8); und
Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung des chemisch verstärkenden Photolacks, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird.

6. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters mit folgenden Schritten;
Behandeln einer Oberfläche einer Unterlagenschicht (5), die eine basische Substanz enthält, indem die Oberfläche einem sauerstoffhaltigen Hochtemperaturgas ausgesetzt wird;
Bilden einer chemisch verstärkenden Photolackschicht (7) auf der in dieser Weise oberflächenbehandelten Unterlagenschicht; und
Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung des chemisch verstärkenden Photolacks, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird.

7. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters nach Anspruch 6, bei dem das sauerstoffhaltige Hochtemperaturgas N₂O oder O₂ ist.

8. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters mit folgenden Schritten:
Bilden einer Unterlagenschicht (5), die eine basische Substanz enthält, auf einem Substrat (1);
Bilden einer chemisch verstärkenden Photolackschicht (7) auf der Unterlagenschicht; und
Belichtungs- und Entwicklungsbehandlung des chemisch verstärkenden Photolacks, wodurch der chemisch verstärkende Photolack strukturiert wird;
wobei die Belichtung in einem solchen Zustand durchgeführt wird, in dem an das Substrat durch ein Spannungsanlegemittel (10) ein Potential angelegt wird, wodurch bewirkt wird, dass die Unterlagenschicht polarisiert wird.

9. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters nach Anspruch 8, bei dem das Spannungsanlegemittel (10) in der Lage ist, eine Hochfrequenzspannung zu erzeugen.

10. Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters nach Anspruch 8 oder 9, bei dem Spannungsanlegemittel (10) in der Lage ist, dem Substrat (1) ein Potential zuzuführen über ein Gestell, an dem das Substrat befestigt ist.

11. Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung, das einen Schritt zum Ätzen Unterlagenschicht (5) unter Verwendung eines Photolack-Musters (7c) beinhaltet, das entsprechend dem in einem der Ansprüche 1 bis 10 aufgeführten Verfahren zum Bilden eines Photolack-Musters gebildet worden ist.