DE10327613A1

DE10327613A1 - Verfahren zur Bildung einer Öffnung auf einer alternierenden Phasenmaske

Info

Publication number: DE10327613A1
Application number: DE10327613A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Kunkel; Ralf Ziebold
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: DE10327613B4; US20050026049A1

Abstract

Es wird eine vorzugsweise quadratische Öffnung (16) auf einer alternierenden Phasenmaske (1) gebildet. Mit Hilfe der Öffnung werden vorzugsweise isolierte oder halbisolierte Kontaktlöcher in Zwischenmetallisierungsebenen gebildet. Die Öffnung weist zwei Teilbereiche (12, 14) auf, die einen auf sie einfallenden Lichtstrahl mit einem voneinander verschiedenen Phasenhub beaufschlagen. Insbesondere kann sie einen saumförmig am Rande der Öffnung liegenden Teilbereich (12) und einen mittleren, quadratischen Teilbereich (14) aufweisen. DOLLAR A Zur Herstellung wird in einer auf einer opaken Schicht (10) angeordneten zweiten Schicht (32) lithographisch eine Öffnung erzeugt. Zur Übertragung der Öffnung in die opake Schicht (10) und in das darunterliegende Substrat (18) wird ein Ätzschritt durchgeführt, wobei ein erster Teilbereich (12) auf einer tief eingeätzten Oberfläche des transparenten Substrates (18) freigelegt wird. Ein Aufweiten der Öffnung in der zweiten Schicht (32) und ein Ätzen zur Übertragung der Öffnung in die opake Schicht (10) führt zur Bildung eines an den vertieften ersten Teilbereich (12) angrenzenden, diesen saumförmig umschließenden zweiten Teilbereiches (14) auf der Oberfläche des transparenten Substrates (18).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer vorzugsweise quadratischen Öffnung auf einer alternierenden Phasenmaske, wobei die Öffnung zwei Teilbereiche aufweist, die einen auf den einfallenden Lichtstrahl mit einem von einander verschiedenen Phasenhub beaufschlagen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung quadratischer Öffnungen auf alternierenden Phasenmasken, mit welchen Kontaktlöcher auf Halbleiterwafern in einem lithographischen Projektionsschritt strukturiert werden können. Die Erfindung betrifft unter anderem auch die Bildung von Rim-Typ-Phasenmasken.

Die lithographische Strukturierung von Kontaktlochebenen zur Herstellung integrierter Schaltungen stellt eine der großen Herausforderungen der optischen Lithographie dar. Beispielsweise sind im Falle von Speicherprodukten auf einer sehr geringen Fläche Kontaktierungen von Speicherzellen mit einer großen Lagegenauigkeit und besonders geringen Strukturbreiten herzustellen. Innerhalb der Speicherzellenfelder weisen die dafür in einer Schicht auf dem Wafer zu bildenden Kontaktlochöffnungen als dichtes, regelmäßiges Gitter auf, während beispielsweise in den Peripheriebereichen eines Speicherbausteins halb- oder völlig isolierte Kontaktlöcher in zum Teil unregelmäßigen Anordnungen zu bilden sind.

Verzeichnungen bei der Abbildung, die beispielsweise durch Ungenauigkeiten des Linsensystems, der Linsenaberration, verursacht sein können, führen bei auf einer Maske gemeinsam gebildeten dichten und isolierten Anordnungen von Kontaklochöffnungen mit sehr geringen Strukturbreiten zu einem oftmals unterschiedlichen Abbildungsverhalten. Im Einzelfall läßt sich für eine gegebene Dichte von Öffnungen das Projektionssystem den jeweiligen Umständen gut anpassen, zeitgleiche Abbildungen isolierter und dichter Strukturen resultieren jedoch in einer Reduzierung des sogenannten Prozeßfensters, insbesondere aber der Schärfentiefe.

Besonders betroffen ist hiervon die Abbildung der isolierten Kontaktlochöffnungen, zumal die Einstellungen des Projektionssystems oftmals an die äußerst kritischen Kontaktlochöffnungen innerhalb dichter Felder auf der Maske angepaßt sind.

Eine Lösung wurde darin gefunden, Halbtonphasenmasken für die Abbildung von Kontaktlochebenen heranzuziehen. Der dadurch jeweils vorhandene Phasenunterschied an dem Übergang von transparenten zu im wesentlichen in-transparenten Bereichen auf der Maske vergrößert hierbei auf vorteilhafterweise den Abbildungskontrast und nähert somit das Abbildungsverhalten dichter Kontaktlochöffnungen an dasjenige isolierter oder halbisolierter Kontaktlochöffnungen an.

Bei der Verwendung von Halbtonphasenmasken entsteht allerdings das Problem, daß Linsenaberrationen höherer Ordnung wie beispielsweise die Dreiwelligkeit (three-leaf-clover) zu unerwünschten Nebeneffekten führen können.

Außerdem sei hier noch das Problem des sogenannten side lobe printing genannt, bei dem es zu strukturbildenden Nebenmaxima in der Bildebene in unmittelbarer Umgebung einer eigentlich abzubildenden Struktur kommen kann.

Man geht daher dazu über, chromlose oder alternierende Phasenmasken zur Bildung von Kontaktlöchern einzusetzen. Die Kontrastverstärkung am Rande eines Kontaktlochs wird dabei durch einen schmalen saumförmigen, phasenschiebenden Bereich am Rande der Kontaktlochöffnung bewirkt. Das Grundprinzip ist von den Rim-Typ-Phasenmasken her bekannt.

Die Breite des saumförmigen, phasenschiebenden Bereiches wird bei der Bildung des Kontaktlochs an an das auf dem Wafer bei der Abbildung zu erzielende Ergebnis angepaßt. Dieses Ergeb nis hängt wiederum von den konkreten Bedingungen (numerische Apertur, Belichtungswellenlänge, Resisteigenschaften, etc.) in dem für die Waferbelichtung verwendeten Belichtungsapparat ab. Herkömmliche Verfahren sehen vor, den saumförmigen Bereich (englisch: rim) mit Hilfe eines Maskenschreibers zu bilden. Die minimal erzielbare Breite des Rims hängt somit von der Auflösungsgrenze des Maskenschreibers ab.

Ein Beispiel einer quadratischen Öffnung auf der Maske zur Bildung eines Kontaktloches auf einem Wafer, welche einen phasenschiebenden Bereich am Rande aufweist, ist in 1 dargestellt. In der Draufsicht ist eine quadratische Öffnung 16 zu sehen, welche in einer opaken Schicht 10 auf der Maske 1 gebildet ist. Die Öffnung 16 umfaßt zwei transparente Teilbereiche 12, 14. Ein auf diese Teilbereiche einfallender und sie transmittierender Lichtstrahl wird jeweils mit einem Phasenhub beaufschlagt. Der jeweilige Phasenhub ist zwischen den Teilbereichen 12 und 14 um 180° verschieden. Beim chromlosen oder alternierenden Phasenmasken wird der unterschiedliche Phasenhub durch eine Ätzung in das Substrat, z.B. Quarz, bis in eine die Phasenhubdifferenz repräsentierende Tiefe bewirkt. Die für eine Differenz notwendige Tiefe hängt von der Belichtungswellenlänge und dem transparenten Substratmaterial ab.

Ein Querschnittsprofil entlang der in 1 angedeuteten Linie AB ist in 2 im oberen Teil dargestellt. Mit dem Bezugszeichen π ist die die Phasenhubdifferenz hervorrufende Quarzätzung in das Substrat 18 gekennzeichnet.

Im unteren Teil der 2 ist das die quadratische Öffnung 16 transmittierende Licht in einem Intensitätsprofil zu sehen. Die Intensität ist hier in Systemeinheiten angegeben. In dem Beispiel wurde eine quadratische Öffnung auf der Maske derart vorgegeben, daß eine isolierte Kontaktlochöffnung mit der Kantenlänge 100 nm bei einer Belichtungswellenlänge λ = 193 nm, einer numerische Appertur NA von 0,75 und einem σ = 0.3 gebildet wird. Der Intensitätsschwellwert, bei dessen Überschreitung der Lack auf dem Laser strukturbildend belichtet wird, beträgt etwa 1.0 in Systemeinheiten.

Man erkennt in 2, daß der saumförmige Teilbereich 14 zwar nicht unmittelbar entsprechend seiner auf der Maske eingenommenen Fläche zur Fläche der auf dem Wafer abgebildeten Kontaktlochöffnung beiträgt, jedoch durch Phasenauslöschung einen besonders starken Kontrast (Kurvensteilheit) des durch den Teilbereich 12 beigetragenen Lichtanteils bewirkt. Die noch von den Beiträgen des Teilbereiches 14 hervorgerufenen Nebenmaxima bei +/– 0,2 μm erreichen den für die Strukturbildung nötigen Intensitätsschwellwert von 1.0 indessen nicht.

In 3 ist gezeigt, daß über einen weiteren Bereich von Fokuseinstellungen für verschiedene Intensitätsschwellwerte für die Intensität I_G mit der Kontaktlochöffnung basierend auf dem alternierenden Phasenmaskenkonzept die zu erzielende Kontaktlochbreite von 100 nm +/– 10 nm eingehalten werden kann. Die Y-Achse in 3 bezeichnet die jeweils auf dem Wafer erreichte Kontaktlochbreite, während die X-Achse den Defokus angibt. Für einen bei I_G = 0.95 angesetzten Intensitätsschwellwert, oberhalb dessen ein auf den Wafer treffender Lichtstrahl gerade noch zur Strukturbildung führt, wird über einen Schärfentiefebereich von –0.4 bis +0.4 ein zufriedenstellendes Ergebnis innerhalb der angegebenen Toleranzgrenzen erreicht.

Ein Verfahren, mit welchem die beschriebene Kontaktlochöffnung auf einer alternierenden Phasenmaske hergestellt werden kann, ist beispielsweise aus Yanagishita, Y., Ishiwata, N., Tabata, Y., Nakagawa, K., and Shigematsu, K., "Phase-Shifting Photolithography applicable to real IC Patterns", SPIE VOL. 1463 Optical/Laser Microlithography IV (1991)/207 bekannt. Die darin angegebenen Verfahrensschritte sind in vereinfachter Form in 4 dargestellt.

4a zeigt eine alternierende Phasenmaske 1, umfassend ein Substrat 18, auf dem eine opake Schicht 10, beispielsweise aus Chrom, angeordnet ist. In einem lithographischen Strukturierungsverfahren ist bereits eine Öffnung 30 in der opaken Schicht 10 gebildet worden.

Es wird nun eine photoempfindliche Resistschicht 22 auf die opake Schicht 10 und in die Öffnung 30 aufgetragen und eine Rückseiten-Flutbelichtung durch das transparente Substrat 18 hindurch durchgeführt. Die Resistschicht 22 auf der Vorderseite wird in Bereichen 23 durch die abschattende Wirkung der opaken Schicht 10 nicht belichtet, während dies in Bereichen 24 innerhalb und vor der Öffnung 30 der Fall ist, wie in 4b zu sehen ist.

4c zeigt den Zustand nach Durchführung eines Entwicklerschrittes, bei dem die belichteten Anteile 24 der Resistschicht 22 herausgelöst wurden.

4d zeigt, wie unter Benutzung der unbelichteten, aber entwickelten Resistanteile 23 als Ätzmaske für einen Quarzätzschritt 60 eine Vertiefung in das Substrat 18 geätzt wird.

4e zeigt das Ergebnis eines isotrop durchgeführten Ätzprozesses 70, welcher selektiv das Material der opaken Schicht 10 in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Glassubstrates 18 entfernt. 4f zeigt den Zustand nach Entfernung der Resistschicht 22.

Ein solches Verfahren weist Nachteile dahingehend auf, daß durch die Flutbelichtung von der Rückseite her der Resist 22 auf der Vorderseite der Maske aufgrund von Reflektionen möglicherweise nicht maßhaltig belichtet wird. Insbesondere entsteht aber auch der Nachteil, daß beim Schritt des isotropen Ätzens der opaken Schicht 10 aus dem Schichtstapel zwischen dem Substrat 18 und dem Resist 22 die opake Schicht 10 nicht sehr tief zurückgeätzt werden kann, ohne daß die Resistschicht 22 mit den gebildeten Überhängen instabil wird und gegebenenfalls abbricht. Somit läßt sich das Querschnittprofil der opaken Schicht 10 in einer solchen Prozeßabfolge nicht sehr gut kontrollieren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Herstellung von Kontaktlochebenen mittels alternierender Phasenmasken zu ermöglichen, wobei die unterschiedlich phasenschiebenden Teilbereiche auf der Maske innerhalb einer Öffnung mit großer Maßhaltigkeit und vorzugsweise in sublithographischen Dimensionen zu bilden sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bildung einer vorzugsweise quadratischen Öffnung auf einer alternierenden Phasenmaske, wobei die Öffnung zwei Teilbereiche aufweist, die einen auf sie einfallenden Lichtstrahl mit einem voneinander unterschiedlichen Phasenhub beaufschlagen, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines transparenten Substrates mit einer Oberfläche, einer auf der Oberfläche angeordneten opaken Schicht und wenigstens einer auf der opaken Schicht angeordneten zweiten Schicht, welche zur Bildung einer Ätzmaske eine gegenüber der opaken Schicht selektive Eigenschaft in einem Ätzprozeß aufweist, Bilden einer Öffnung in der zweiten Schicht, Ätzen zur Übertragung der Öffnung in die opake Schicht, so daß ein erster Teilbereich auf der Oberfläche des transparenten Substrates freigelegt wird, weiteres Ätzen zur Übertragung der Öffnung von der opaken Schicht in das Substrat bis zu einer vorgegebenen, die Differenz des Phasenhubes repräsentierenden Tiefe, Aufweitung der Öffnung in der zweiten Schicht, Ätzen zur Übertragung der in der zweiten Schicht aufgeweiteten Öffnung in die opake Schicht, so daß ein an die Vertiefung des ersten Teilbereiches angrenzender zweiter Teilbereich auf der Oberfläche des transparenten Substrates freigelegt wird, Entfernen der zweiten Schicht.

Die Herstellung eines saumförmigen Randbereiches in einer beispielsweise zur Bildung von Kontaktlöchern eingerichteten Öffnung auf einer Maske wird gemäß der Erfindung durch Anwendung der sogenannten Spacer-Technik oder mittels eines isotropen Ätzschrittes ermöglicht. Mittels dieser Techniken wird eine bereits vorher zum Zwecke eine ersten Ätzvorgangs in eine unterliegende Schicht (z.B. Quarzsubtrat und/oder Chrom) gebildete Öffnung für einen nachfolgenden Ätzvorgang kontrolliert aufgeweitet. Die Aufweitung bezieht sich auf eine Vergrößerung der Öffnung in Richtungen parallel zu den Schichtebenen auf der Maske. Die Länge der Aufweitung entspricht der Breite des nachfolgend geätzten saumförmigen Bereiches (Rims).

Bei der zweiten Schicht, die auf der opaken Schicht angeordnet ist, kann es sich um eine Resistschicht oder um eine Schicht anderen Materials handeln, welche eine hohe Ätzselektivität gegenüber dem Material der opaken Schicht aufweist. Die opake Schicht umfaßt vorzugsweise Chrom.

In dem Fall, daß die zweite Schicht keine Resistschicht ist, kann es sich insbesondere um eine Schicht umfassend Siliziumnitrid handeln, welches eine hinreichend große Ätzselektivität gegenüber dem Chrom der opaken Schicht und gegenüber dem Quarz besitzt. Auf einer solchen ätzselektiven Schicht ist wiederum eine Resistschicht vorzusehen, mit welcher die zweite Schicht lithographisch strukturiert werden kann.

Die im Substrat freizulegenden beziehungsweise sogar einzuätzenden Teilbereiche der herzustellenden Öffnung werden durch Strukturierung dieser zweiten Schicht mit einer anschließenden Übertragung in die opake Schicht und – optional – in das Substrat definiert. Eine Definition der Ausdehnung der Teilbereiche wird also insbesondere nicht in der Chromschicht vorgenommen, wie dies etwa beim Stand der Technik der Fall ist. Auf die Chromschicht werden vorzugsweise lediglich übertragende, anisotrope Ätzschritte ausgeführt.

Der erste Teilbereich, welcher eine in das Quarzsubstrat einzuätzende Vertiefung repräsentiert, kann beispielsweise mittels eines Maskenschreibers (z.B. Elektronenstrahl- oder Laserschreiber in einem auf der opaken Schicht angeordneten Resistschicht als zweite Schicht definiert werden. Alternativ kann der Bereich auch in einer auf der zweiten Schicht als Oxidschicht angeordneten weiteren Resistschicht belichtet und anschließend in die zweite Schicht in einem Ätzschritt übertragen werden.

Ein wesentlicher Schritt der Erfindung besteht in der Aufweitung der Öffnung. Eine Aufweitung wird erreicht entweder durch eine isotrope Ätzung der zweiten Schicht oder aber durch Entfernung eines zuvor innerhalb des Öffnungsrandes in der zweiten Schicht gebildeten Spacers. In beiden Fällen wird der Durchmesser der Öffnung, so wie er zum Zeitpunkt eines ersten Ätzschrittes in die opake Schicht vorlag, nachträglich vergrößert. Die Variante des Bildens und anschließendes Entfernen des Spacers bietet den besonderen Vorteil, daß das Spacermaterial selektiv über dem Material der zweiten Schicht entfernt werden kann, so daß ein steiles Kantenprofil ohne größere Degradation der zweiten Schicht gewährleistet ist. Bei der isotropen Ätzung ist hingegen darauf zu achten, daß die zweite Schicht gleichzeitig auch gedünnt wird, wobei die Kante am Öffnungsrand im ungünstigen Fall auch degradieren kann.

Durch die aufgeweitete Öffnung bietet sich der Vorteil, daß die nun darunter liegende, freigelegte opake Schicht in einem anisotropen Ätzschritt maßhaltig entfernt werden kann, so daß auch diese Substratoberfläche durch den entsprechenden Ätzschritt freigelegt wird. Die Öffnung ist nun in der zweiten und in der opaken Schicht gebildet, und besitzt als Grundfläche eine mittleren, vertieften Teilbereich und einen saumförmigen, oberflächlichen Teilbereich in dem Substrat. Der Tie fenunterschied in dem Substrat entspricht der gewünschten Phasendifferenz, welche üblicherweise bei 180° liegt.

Die Erfindung bietet den besonderen Vorteil, daß sowohl die Spacerdicke als auch der Abtrag des isotropen Ätzvorgangs in dem jeweiligen Abscheide- beziehungsweise Ätzprozeß genau gesteuert werden können. Beide Größen liefern aber gerade die Breite des saumförmigen Bereiches, welcher um die Vertiefung des ersten Teilbereiches herum (oder gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung als erhöhter Bereich um eine Vertiefung im Substrat herum) entsteht. Abscheidedicken oder Ätztiefen können in ihren Prozessen aber gerade hierbei derart genau festgelegt werden, daß auch sublithographische Strukturen mit Hilfe der Spacer- beziehungsweise Ätztechnik erreicht werden können.

Es ist somit möglich, Öffnungen auf Masken zur Herstellung von Kontaktlöchern mit saumförmigen, phasenverschobenen Randbereichen zu versehen, deren Breite geringer als die durch das jeweils verwendete lithographische Belichtungssystem, also dem Maskenschreiber, definierte Auflösungsgrenze ist.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die erforderliche Auflösung des Maskenschreibers genau um die doppelte Breite des saumförmigen Bereiches entspannt wird. Durch den Maskenschreiber braucht somit nur noch die Fläche des ersten Teilbereiches definiert zu werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den vertieften und den oberflächlichen Teilbereich in einer umgekehrten Anordnung zu bilden, d.h. die Öffnung wird zunächst als saumförmiger Bereich in der zweiten Schicht gebildet, anschließend in die opake Schicht und in das Quarzsubstrat übertragen. Erst danach wird im Bereich der zweiten Schicht innerhalb des saumförmig geöffneten Bereiches das darin nachträglich eingeführte Material ebenso wie die darunterliegende opake Schicht entfernt, so daß ein mittle rer, oberflächlicher Bereich auf dem Substrat freigelegt wird. Dieser Aspekt wird in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben.

Der schmale, vorzugsweise sublithographische, saumförmige Bereich wird auch gemäß diesem Aspekt in Spacer-Technik gebildet, so daß sublithographische Dimensionen für die Breite erreicht werden können. Allerdings werden die Spacer hierbei nicht zur Aufweitung der Öffnung entfernt, sondern es wird – wie beschrieben – die Öffnung innerhalb des Spacers mit einem weiteren Füllmaterial (39) aufgefüllt. Erst danach werden die Spacer entfernt, welche somit den saumförmigen Bereich der Öffnung freigeben.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:
1 in Draufsicht eine mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu bildende quadratische Öffnung zur Definition eines Kontaktlochs,
2 ein Intensitätsprofil, welches mit einer erfindungsgemäß hergestellten Öffnung in der Bildebene erzeugt werden kann,
3 ein Diagramm, bei dem die auf einem Wafer erzielte Strukturbreite gegen den in einem Projektionsapparat eingestellten Fokus aufgetragen ist,
4 ein Ausführungsbeispiel zur Herstellung der Öffnung gemäß dem Stand der Technik,
5 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Öffnung,
6 wie 5, jedoch für ein zweites Ausführungsbeispiel,
7 wie 5, jedoch für ein drittes Ausführungsbeispiel in Spacer-Technik.
5 zeigt in einer Abfolge von Schritten ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Ausführungsbeispiel betrifft die besonders vorteilhafte Ausführung in Spacer-Technik. 5a zeigt den Ausgangszustand. Auf einem Quarzsubstrat 18 der Maske 1 ist eine Chromschicht 10 als opake Schicht und darauf eine Siliziumnitridschicht (Si₃N₄) als zweite Schicht 32 angeordnet. Auf der Si₃N₄-Schicht 32 ist eine Resistschicht 34 aufgetragen.
5b zeigt den Zustand nach Belichtung eines Ausschnittes in der Resistschicht 34, Entwickeln des belichteten Ausschnittes und Übertragen der dadurch definierten Öffnung in die Si₃N₄-Schicht 32.
5c zeigt, wie nach Ablösen der belichteten, aber noch unentwickelten Teile des Resists 34 eine weitere Schicht 36 in die Öffnung und auf die Si₃N₄-Schicht 32 konform abgeschieden wurde. Die weitere Schicht 36 umfaßt ein Material, das sowohl gegenüber der Si₃N₄-Schicht 32 als auch gegenüber der opaken Schicht 10, d.h. dem Chrom, eine hohe Selektivität in einem Ätzprozeß aufweist. Es kann sich dabei beispielsweise um BSG (Bor-Silikat Glas) oder um ein gleichwertiges Material handeln.
Im Ausführungsbeispiel ist die in 1 dargestellte Struktur herzustellen. Wie in 2 zu sehen ist, beträgt die Dicke des saumförmigen zweiten Teilbereiches auf der freiliegenden Substratoberfläche 100 nm. Der Abscheideprozeß für die weitere Schicht 36 (BSG) wird nach Dauer und Abscheiderate so eingestellt, daß die Abscheidedicke ebenfalls einen Wert von 100 nm erreicht.
5d zeigt, wie nach Rückätzen der weiteren Schicht 36 in einem anisotropen Ätzprozeß von dieser Schicht lediglich noch die Spacer 38 umfassend das BSG-Material am Rande der Öffnung zurückbleiben.
Wie in 5e gezeigt ist, wird anschließend ein Ätzprozeß 44 anisotrop durchgeführt, welcher die Öffnung in die opake Schicht 10 und in das Quarzsubstrat 18 überträgt. Aufgrund der Spacer 38 besitzt die Öffnung im aktuellen Zustand gegenüber dem ursprünglichen Zustand (5b) eine reduzierten Durchmesser.
5f zeigt den Zustand nach Entfernen des Spacers 38 beispielsweise in einem selektiven Ätzprozeß gegenüber dem Material der opaken Schicht 10 (Chrom) und der zweiten Schicht 32 (BSG). Der Ätzprozeß kann isotrop oder anisotrop sein. Aufgrund dieses Herauslösens der Spacer 38 weitet sich die Öffnung wieder auf. Auf Schichthöhe der zweiten Schicht besitzt die Öffnung nun einen größeren Durchmesser als auf Schichthöhe der opaken Schicht 10.
In einem wiederum anisotropen Ätzschritt 46 wird die aufgeweitete Öffnung in die Chromschicht bzw. opake Schicht 10 übertragen bis die Oberfläche des Substrats 18 erreicht ist. die BSG-Schicht 32 wird nun entfernt (5g). Somit resultiert eine transparente Öffnung in der opaken Schicht 10 auf dem Substrat 18 umfassend einen ersten, in dem Quarzätzschritt 44 gebildeten Teilbereich 12, und ein zweiter, in dem anisotropen Ätzschritt 46 freigelegter Teilbereich 14. Die Teilbereiche 12 und 14 unterscheiden sich um eine Tiefe, mit welcher der erste Teilbereich 12 in das Quarzsubstrat 18 geätzt wurde. Die Tiefe entspricht im vorliegenden Fall einer Phasenhubdifferenz von 180° gegenüber dem von einem lithographischen Projektionsgerät zur Abbildung der Strukturen auf einen Wafer eingestrahltem Licht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in 6 illustriert. 6a entspricht dem Ausgangszustand in 5a. Auch der in 6b dargestellte Zustand entspricht dem in 5b gezeigten Querschnittsprofil. Die auch in diesem Beispiel eingesetzte zweite Si₃N₄-Schicht 32 weist somit eine Öffnung auf, die aus der Resistschicht 34 in einem Ätzschritt übertragen wurde. Anstatt der Abscheidung einer weiteren Schicht zur Bildung von Spacern wird in diesem Ausführungsbeispiel der einfachere, aber nicht so qualitative Weg des Aufweitens mittels isotroper Ätzung der zweiten Schicht gewählt. Zu diesem Zweck, wie in 6c gezeigt ist, zunächst der erste Teilbereich 12 der transparenten Öffnung gebildet, in dem die in die Si₃N₄-Schicht 32 übertragene Öffnung weiter in die opake Schicht 10 und von dort anisotrop in das Quarzsubstrat 18 übertragen wird, wobei auch hier eine die Phasenhubdifferenz repräsentierende Tiefe im Ätzschritt 44 bewirkt wird. Anschließend wird die Resistschicht 34 entfernt.
Nach Durchführung des isotropen Ätzschrittes, welcher auf die Si₃N₄-Schicht 32 selektiv zur opaken Schicht 10 und dem Glassubstrat 18 durchgeführt wird. Dabei verliert die Si₃N₄-Schicht 32 einerseits an Dicke, andererseits weitet sich die in ihr gebildete Öffnung weiter auf, weil der Rand der Öffnung in dem Ätzschritt 48 in horizontaler Richtung, also parallel zu den Schichtflächen auf der Maske 1 zurückgedrängt wird.
Wie in 6e gezeigt ist, wird nun die gedünnte Si₃N₄-Schicht 32 als Ätzmaske für eine anisotropen Ätzschritt 42 verwendet, welcher die aufgeweitete Öffnung in die opake Chromschicht 10 überträgt. Dadurch wird ein saumförmiger Teilbereich 14 auf der Oberfläche des Substrats 18 innerhalb der Öffnung freigelegt. 6f zeigt den Zustand nach Entfernen der gedünnten Si₃N₄-Schicht 32. Die Bezugszeichen A und B in den 5 – 7 geben die Schnittlinie wieder, wie sie in 1 beziehungsweise 2 gezeigt ist.
7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 7a, b entsprechen wiederum den ersten Prozeßschritten wie sie in 5a, b und 6a, b dargestellt sind.
In diesem Ausführungsbeispiel ist wiederum die Spacer-Technik anzuwenden. Analog zu den in den 5c, d dargestellten Prozeßschritten werden daher zunächst in den 7c, d die Prozeßschritte zur Bildung der Spacer 38 nochmals dargestellt.
Wie in 7e illustriert ist, wird innerhalb der Öffnung, welche durch den Spacer 38 definierten Innenrand begrenzt wird, ein weiteres Material gefüllt, das sowohl selektiv gegenüber dem Spacer-Material (BSG) als auch dem Si₃N₄-Material ist. Es kann sich dabei beispielsweise um Chrom oder Molybdän-Silizid handeln.
Letzteres bietet Vorteile insbesondere dann, wenn die opake Schicht Chrom umfaßt. In diesem Falle erschließt sich dem Fachmann natürlich alternativ auch die Möglichkeit, als Füllmaterial 39 eine im Vergleich zur Chromschicht 10 besonders dicke Chromschicht 39 (in gleicher Dicke wie die Si₃N₄-Schicht) zu bilden, so daß die Chromschicht 10 lediglich unterhalb der Position der vormaligen Spacer entfernt wird.
Die Oberfläche wird rückplanarisiert, um die Si₃N₄-Schicht 32 und die Spacer 38 wieder freizulegen. Das Material des Spacers 38 wird anschließend selektiv herausgeätzt und das Material der Si₃N₄-Schicht 32 sowie das Füllmaterial 39 umfassend Chrom als Ätzmaske für eine anisotropen Ätzprozeß 47 in die opake Schicht 10 verwendet, wie in 7f zu sehen ist.
7g zeigt die Fortsetzung des anisotropen Ätzschrittes in das Quarzsubstrat hinein. Dadurch wird ein saumförmiger, erster Teilbereich 12 in dem Glassubstrat gebildet.
7h zeigt den Zustand nach Entfernen des Füllmaterials 39, durch welchen die Öffnung nun nach innen aufgeweitet wird, um nach Durchführung eines Ätzschrittes 46 zur Entfernung der opaken Schicht 10 auf der Oberfläche des Substrats 18 innerhalb der Öffnung. Die nun freigelegte Substratoberfläche definiert den zweiten Teilbereich 14, welcher eine Phasenhubdifferenz von 180° gegenüber den eingeätzten schmalen, saumförmigen Teilbereichen 12 aufweist, wenn auf diese Licht eingestrahlt wird. Um hervorzuheben, daß die Teilbereiche 12 und 14 gegenüber den vorigen Beispielen vertauscht sind, sind hier die Bezugszeichen A' und B' eingesetzt worden. Sie entsprechen einer 1, bei der die Bezugszeichen 12 und 14 ausgetauscht sein würden.
Welcher der beiden Teilbereiche in das Quarz eingeätzt und welcher das Substrat 18 lediglich oberflächlich freilegt, spielt für das abgebildete Intensitätsprofil, wie es in 2 gezeigt ist nur eine untergeordnete Rolle. Es ist hierdurch möglich, unter Wahrung der Phasenhubdifferenz beziehungsweise der Tiefenunterschiede in dem Substrat beide Teilbereiche tiefer in das Substrat einzuätzen um etwa Interferenzproblem auszugleichen.

1: Phasenmaske
10: opake Schicht, Chromschicht
12: erster Teilbereich
14: zweiter Teilbereich
16: quadratische Öffnung zur Bildung von Kontaktlöchern
18: transparentes Substrat
22: Resist (Stand der Technik)
23: unbelichteter Resist
24: belichteter Resist
30: Öffnung
32: zweite Schicht, Si₃N₄-Schicht
34: Resist
36: weitere Schicht, BSG- oder Oxidschicht
38: Spacer, gebildet aus weiterer Schicht
39: Füllmaterial, vorzugsweise Chrom oder MoSi, planarisiert
41: Ätzen mit Resist als Ätzmaske
42: anisotropes Ätzen: Übertragung der aufgeweiteten Öffnung
44: anisotropes Chrom- und Quarzätzen
46: anisotropes Chromätzen
47: Entfernen der Spacer
48: Aufweiten: Isotropes Ätzen der BSG- oder Oxidschicht
49: Aufweiten: Ätzen / Entfernen der Spacer
491: Aufweiten: Ätzen / Entfernen des Füllamterials
50: Rückseiten-Flutbelichtung
60: Chrom- und Quarzätzen (Stand der Technik)
70: isotropes Ätzen (Stand der Technik)

Claims

Verfahren zur Bildung einer vorzugsweise quadratischen Öffnung (16) auf einer alternierenden Phasenmaske (1), wobei die Öffnung (16) zwei Teilbereiche (12, 14) aufweist, die einen auf sie einfallenden Lichtstrahl mit einem voneinander verschiedenen Phasenhub beaufschlagen, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines transparenten Substrates (18) mit einer Oberfläche, einer auf der Oberfläche angeordneten opaken Schicht (10) und wenigstens einer auf der opaken Schicht (10) angeordneten zweiten Schicht (32), welche eine gegenüber der opaken Schicht (10) selektive Eigenschaft in einem Ätzprozeß aufweist, – Bilden einer Öffnung in der zweiten Schicht (32), – Ätzen zur Übertragung der Öffnung in die opake Schicht (10), so daß ein erster Teilbereich (12) auf der Oberfläche des transparenten Substrates (18) freigelegt wird, – weiteres Ätzen zur Übertragung der Öffnung von der opaken Schicht (10) in das Substrat (18) bis zu einer vorgegebenen, die Differenz des Phasenhubes repräsentierenden Tiefe, – Aufweiten der Öffnung in der zweiten Schicht (32), – Ätzen zur Übertragung der in der zweiten Schicht (32) aufgeweiteten Öffnung in die opake Schicht (10), so daß ein an die Vertiefung des ersten Teilbereiches (12) angrenzender zweiter Teilbereich (14) auf der Oberfläche des transparenten Substrates (18) freigelegt wird, – Entfernen der zweiten Schicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Aufweitens einen isotropen Ätzprozeß (48) umfaßt, welcher selektiv auf die zweite Schicht (32) angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – nach dem Bilden der Öffnung in der zweiten Schicht (32) eine weitere Schicht (36) auf die zweite Schicht und in die Öffnung konform abgeschieden wird, – die weitere Schicht (36) zur Bildung eines Spacers (38) innerhalb der Öffnung zurückgeätzt wird, so daß die Öffnung einen reduzierten Durchmesser aufweist, und – der Schritt des Aufweitens das Entfernen des Spacers (38) selektiv zu der opaken (10) und der zweiten Schicht (32) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – nach dem Bereitstellen ein zusätzlicher Schritt des Bildens einer temporären Öffnung in der zweiten Schicht durchgeführt wird, – eine weitere Schicht (36) auf die zweite Schicht (10) und in die temporäre Öffnung konform abgeschieden wird, – die weitere Schicht (36) zur Bildung eines Spacers (38) innerhalb der temporären Öffnung zurückgeätzt wird, so daß die temporäre Öffnung einen reduzierten Durchmesser aufweist, – ein Füllmaterial (39) in die um den Spacer reduzierte temporäre Öffnung abgeschieden und planarisiert wird, – der Spacer (38) der weiteren Schicht in einem Ätzprozeß (47) selektiv zu der opaken Schicht (10) und zu dem Füllmaterial (39) zur Bildung der Öffnung in der zweiten Schicht (32) entfernt wird, und – der nachfolgende Schritt des Aufweitens der Öffnung die selektive Entfernung des Füllmaterials (39) umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (32) ein photoempfindlicher Resist ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (32) Si₃N₄ umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Si₃N₄-Schicht (32) beim Schritt des Bereitstellens ein photoempfindlicher Resist angeordnet ist, welcher zur Bildung der Öffnung in der Si₃N₄-Schicht (32) belichtet, entwickelt und einem Ätzprozeß unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die opake Schicht (10) Chrom umfaßt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – die Dauer und die Abtragrate des isotropen Ätzprozesses (48) zum Auf weiten der Öffnung, oder – die Dauer und die Abscheiderate des konformen Abscheideprozesses zum Bilden des Spacers (38), welcher zur nachfolgenden Aufweitung der Öffnung mittels Entfernen des Spacers (38) dient, in Abhängigkeit von der in einem Belichtungsapparat zur lithographischen Strukturierung der Phasenmaske (1) erreichbaren Auflösungsgrenze ausgewählt wird, so daß eine Breite, um welche die Öffnung durch den Ätzprozeß (48) oder das Entfernen des Spacers (38) aufgeweitet wird, geringer als die Auflösungsgrenze ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Übertragung der Öffnung in die opake Schicht (10) und in das Substrat (18) durchgeführte Ätzprozeß (44) anisotrop ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Übertragung der aufgeweiteten Öffnung in die opake Schicht (10) durchgeführte Ätzprozeß anisotrop ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial 39 Chrom oder Molybdän-Silizid umfaßt.