DE10330795A1 - Kohlenstoff-Hartmaske mit haftfähiger Schicht zur Haftung auf Metall - Google Patents
Kohlenstoff-Hartmaske mit haftfähiger Schicht zur Haftung auf Metall Download PDFInfo
- Publication number
- DE10330795A1 DE10330795A1 DE10330795A DE10330795A DE10330795A1 DE 10330795 A1 DE10330795 A1 DE 10330795A1 DE 10330795 A DE10330795 A DE 10330795A DE 10330795 A DE10330795 A DE 10330795A DE 10330795 A1 DE10330795 A1 DE 10330795A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- carbon
- metal
- hard mask
- adhesive layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 93
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 91
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 107
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 229910016570 AlCu Inorganic materials 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 8
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims 3
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 12
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 8
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000879 optical micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004166 TaN Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
- H01L21/0332—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their composition, e.g. multilayer masks, materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32139—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer using masks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Kohlenstoffschicht und einer haftfähigen Schicht zur Haftung auf Metall. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung dieser Kohlenstoff-Hartmaske sowie deren Verwendung bei der Strukturierung von metallischen Schichten, insbesondere bei der Halbleiterfertigung.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Kohlenstoffschicht und einer haftfähigen Schicht zur Haftung auf Metall, ein Verfahren zur Herstellung dieser Kohlenstoff-Hartmaske, sowie die Verwendung der erfindungsgemäßen Kohlenstoffhartmaske bei der Strukturierung von metallischen Schichten.
- Mit der zunehmenden Verkleinerung von Halbleiterstrukturen steigen auch die Anforderungen an die Qualität und die Verkleinerung von Metallbahnen, die nach Strukturierung der metallischen Schichten verbleiben.
- Das Problem im Stand der Technik bei der Strukturierung von Metallen, wie z.B. Aluminium oder Titan liegt darin, dass die derzeit verwendeten Hartmasken nicht optimal für die Strukturierung sehr kleiner Strukturen, wie sie in der 70 nm Technologie vorkommen, sind.
- Werden bspw. gewöhnliche Hartmaskenmaterialien wie SiO oder SiON verwendet, treten Fehler auf wie Al-Whiskerwachstum oder Al-Korrosion. Die mögliche Ursache für das Auftreten von Korrosion im Fall der Metallätzung mittels einer Hartmaske liegt in dem Fehlen eines Resists. Man nimmt an, dass der Resist als Kohlenstoffquelle zur Passivierung der Metalleitungen mit dünnen Polymerfilmen wirkt, wodurch eine Korrosion von Aluminium verhindert wird.
- Die Verwendung von Kohlenstoff als Hartmaske zur Metallätzung hat den Nachteil, das bspw. bei standardmäßig eingesetzten Verfahren zum Aufbringen von Kohlenstoff, wie z.B. PECVD-Abscheidungsverfahren (plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung; Englisch: Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositi on), eine Kohlenstoffablösung beobachtet wird. Die mangelnde Haftung der aufgebrachten Kohlenstoffschicht tritt besonders im Bereich des Waferrandes auf, ist aber ein grundsätzliches Problem. Die Ablösung am Waferrand ist beispielhaft auf der elektronenmikroskopischen Aufnahme von
6 des Randbereichs eines metallbeschichteten Wafers mit einer auf der Metallschicht (Al) befindlichen Kohlenstoffschicht gezeigt. Dieses Verfahren unter Verwendung einer Kohlenstoff-Hartmaske bringt einerseits Verunreinigungsprobleme und andererseits Fehler des Strukturierungsmusters bzw. Topologiedefekte mit sich. - Die Alternative, dass ein Verfahren gewählt wird, bei dem lediglich ein Resist ohne jegliche Hartmaske eingesetzt wird, ist bei kleiner werdenden Strukturierungen, z.B. in der 70 nm Technologie, aufgrund der hohen Metallschichtdicken bei gleichzeitig geringen lateralen Ausmaßen des Metalls nicht mehr möglich. Hierfür ist das ätzen lediglich mit einem Resist zu ungenau. Das Resistbudget (0Resistdicke) ist nicht ausreichend für die Metallätzung. Die Resistdicke ist nach oben durch 2 Faktoren begrenzt:
- 1. das Aspektverhältnis (Resisthöhe/-breite): bei zu hohem Aspektverhältnis (ca. > 3) fallen die Bahnen um
- 2. die Tiefenschärfe beim fotolithografischen Belichtungsprozess.
- Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hartmaske zur Strukturierung von Metall bereit zu stellen, mit der das darunter liegende Metall zuverlässig strukturiert bzw. geätzt werden kann, auch bei geringen Strukturierungsgrößen, ohne dass die oben genannten Probleme auftreten.
- Dies wird erfindungsgemäß durch eine Kohlenstoff-Hartmaske gemäß Anspruch 1 gelöst, die eine Kohlenstoffschicht und eine haftfähige Schicht zur Haftung auf Metall aufweist. Die erfindungsgemäße Kohlenstoff-Hartmaske kann somit als aus zwei Schichten aufgebaut angesehen werden, nämlich einer Kohlen stoffschicht und einer metallseitig angeordneten Haftschicht, welche eine verbesserte Haftung der Kohlenstoffschicht auf Metall gewährleistet.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die haftfähige Schicht der Kohlenstoff-Hartmaske eine Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht. Das Problem der geringen Haftung von Kohlenstoff auf Metall kann dadurch gelöst werden. Zudem kann die Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht, wie weiter unten beschrieben, einfach in den Prozess der Aufbringung der Kohlenstoff-Hartmaske auf das Metall integriert werden.
- Diese Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht weist vorzugsweise eine Stickstoffdotierungskonzentration von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der haftfähigen Schicht, auf, noch bevorzugter etwa 5 Gew.-%. Es wurde festgestellt, dass in diesem Konzentrationsbereich besonders gute Haftfähigkeiten und Ergebnisse erhalten wurden.
- Die Schichtdicke der haftfähigen Schicht ist nicht besonders eingeschränkt. Für praktische Zwecke liegt die Dicke der haftfähigen Schicht bevorzugt bei etwa 2 bis 100 nm, noch bevorzugter etwa 5 bis 30 nm.
- Die Dicke der Kohlenstoffschicht ist ebenfalls nicht besonders eingeschränkt. Bevorzugt beträgt sie üblicherweise etwa 80 bis 500 nm, bevorzugter etwa 200 bis 500 nm.
- In einer alternativen Ausführungsform ist die haftfähige Schicht aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumoxiden, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitrid und Gemischen hiervon. Es gelten auch in diesem Fall bevorzugt die obigen Angaben zu den Schichtdicken der Kohlenstoffschicht und der haftfähigen Schicht. Unter Siliziumoxid ist erfindungegemäß im wesentlichen Siliziumdioxid zu verstehen, das PECVD-Verfahren ist zur Erzeugung von SiO2 aber nicht 100%ig stöchiometrisch. Daher wird oft nur von Siliciumoxid gesprochen. Diese nichtstöchiometrischen Oxide sind erfindungsgemäß durch den Begriff Siliziumoxid mit umfasst.
- Die erfindungsgemäße Kohlenstoff-Hartmaske ist aufgrund der metallseitig befindlichen Grenzschicht auf verschiedenen Metallen haftfähig, wie Al, AlCu-Legierungen, Cu oder Wolfram, wobei reines Al oder AlCu-Legierungen mit 0,5–2 % Cu-Anteil, bevorzugt etwa 0,5% Cu in Al bevorzugt sind. Auf dem AlCu kann sich eine dünne (10–40nm) TiN Schicht befinden (Antireflexschicht), insbesondere auf Al und AlCu-Legierungen. Auf Cu kann sich eine Barriereschicht aus Ta oder TaN befinden. Eine Haftfähigkeit der Kohlenstoff-Hartmaske ist erfindungsgemäß aufgrund der eingeführten Haftschicht auch auf diesen Materialien gegeben. Im Fall der AlCu-Legierungen beträgt der Cu-Anteil vorzugsweise 0,5 bis 2 Gew.-%, weiterhin bevorzugt etwa 0,5 Gew.-%.
- Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Hartmaske ist es bevorzugt möglich, bei den oben angegebenen Schichtdicken von 80 bis 250 nm, Metallschichten, insbesondere Al- oder AlCu-Schichten, mit einer Dicke von 500 bis 1200 nm, bevorzugt 850–1050 nm, sauber und reproduzierbar zu ätzen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Hartmaske bereit gestellt, bei dem zunächst eine Schicht auf einem metallischen Substrat gebildet wird, welche eine Haftung zwischen dem metallischen Substrat und dem Kohlenstoff der Kohlenstoff-Hartmaske bewirkt, und anschließend zur Vervollständigung der Kohlenstoff-Hartmaske eine Kohlenstoffschicht auf der auf Metallen haftfähigen Schicht gebildet wird.
- Für den Fall, dass die haftfähige Schicht eine Stickstoffdotierte Kohlenstoffschicht ist, kann diese auf einfache Weise in einen Prozess der Aufbringung der Kohlenstoffschicht integriert werden, indem zunächst die Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht mittels eines Plasma-gestützten Prozesses zum Aufbringen von Kohlenstoff aufgebracht wird, wobei dem Prozess Stickstoff in geeigneter Menge beigegeben wird. Dies hat den Vorteil, dass kein weiterer getrennter Prozessschritt mit zusätzlichem apparativen Aufwand zur Aufbringung der Haftschicht hinzukommt.
- Zum Aufbringen des Kohlenstoff wird üblicher weise ein C-haltiger Precursor, bevorzugt C2H4 oder C3H6, eingesetzt. Zur Erzeugung der N-dotierten Schicht wird N2 in geeigneter Menge beigegeben, sodass eine N-dotierte Schicht mit bevorzugt einer Dotierungskonzentration von 1 bis 10 Gew.-% N, bevorzugter etwa 3 bis 7, noch bevorzugter etwa 5 Gew.-% N, erhalten wird. Bspw. kann bevorzugt ein Gemisch aus C3H6 und N2 verwendet werden.
- Für den Fall, dass die haftfähige Schicht eine Siliziumoxid-, Siliziumoxynitrid- und/oder Siliziumnitridschicht ist, wird diese in einem separaten Schritt auf übliche Weise aufgebracht, d.h. mittels PECVD, wonach sich das Aufbringen der Kohlenstoffschicht anschließt.
- Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Hartmaske bei der Strukturierung von metallischen Schichten, insbesondere bei der Halbleiterfertigung.
- Insgesamt ist es durch die vorliegende Erfindung möglich, Metallbahnen mit großen Schichtdicken bei geringen Linienbreiten des Metalls zuverlässig und wiederholbar zu strukturieren.
- Kurze Beschreibung der Abbildungen:
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Halbleiterstruktur mit geätztem Resist. -
2 zeigt den Zustand der Anordnung von1 nach Ätzen der Maske zur Strukturierung der darunter befindlichen Kohlenstoff-Hartmaske. -
3 zeigt den Zustand nach Ätzen der Kohlenstoff-Hartmaske und Entfernen des Resists. -
4 zeigt den Zustand nach nach dem eigentlichen Ätzen der Metallschicht mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Hartmaske. -
5 zeigt den Zustand nach Entfernen der Kohlenstoff-Hartmaske. -
6 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Delaminierung von Kohlenstoff an der Kante eines metallbeschichteten Si-Wafersubstrats. -
7 zeigt eine entsprechende optische Mikroskopaufnahme in Draufsicht auf eine Waferkante ohne Verwendung der haftvermittelnden Zwischenschicht. -
8 zeigt eine optische Mikroskopaufnahme wie in7 mit einer erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Hartmaske. - Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher anhand der Figuren beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung und die Ausführungsbeispiele sollen jedoch nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend angesehen werden.
-
1 zeigt eine Halbleitestruktur gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer auf einem Substrat1 , z.B. einem Siliziumsubstrat, befindlichen Metallschicht2 . Bei der Metallschicht handelt es sich bspw. um reines Al, AlCu-Legierungen, Cu oder Wolfram, wobei reines Al oder AlCu-Legierungen mit 0,5–2% Cu-Anteil, bevorzugt etwa 0,5% Cu in Al, bevorzugt sind. Auf dem AlCu kann sich eine dünne (10–40nm) TiN Schicht befindet (Antireflexschicht). Auf der Metallschicht befindet sich die erfindungsgemäße Kohlenstoff-Hartmaske mit einer metallseitig angeordneten erfindungsgemäßen Grenzschicht bzw. haftfähigen Schicht3 , die entweder eine Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht oder eine Siliziumoxid-, Siliziumoxynitrid- oder Siliziumnitridschicht sein kann. Darüber befindet sich die Kohlenstoffschicht4 der Kohlenstoff-Hartmaske, die wiederum mit einer Maske5 aus SiON zur Strukturierung der Kohlenstoff-Hartmaske bedeckt ist. Auf der Maske5 befindet sich eine bereits strukturierte Resistschicht6 . - Mit der in
1 dargestellten Struktur wird ein gerichteter bzw. anisotroper SiON-Trockenätzschritt durch Plasmaätzung mittels fluorhaltigen Plasmen, bevorzugt CHF3, durchgeführt, um die Maskenschicht5 zu strukturieren. Dieser Zustand ist in2 gezeigt. - Anschließend erfolgt ein weiterer Trockenätzschritt zum Strukturieren der erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Hartmaske mittels anisotropen Trockenätzens mit Sauerstoff enthaltenden Gasen, z.B. O2 + N2. Dieser Zustand ist in
4 dargestellt. - Es schließt sich die eigentliche Strukturierung der Metallschicht
2 an, was bevorzugt mit Hilfe chlorhaltiger Plasmen wie BCl3 + Cl2 durchgeführt werden kann. Durch die Verwendung von Kohlenstoff als wesentlicher Teil der Hartmaske kann das Metall sehr selektiv geätzt werden. Die SiON-Schicht wird während des Metallätzens entfernt. Aufgrund der erfindungsgemäßen Haftschicht treten keine Ablösungen der Kohlenstoff-Hartmaske auf. Dies füht zu sehr selektiven Ätzungen. Dies ist in4 dargestellt. -
5 zeigt den Zustand nach Entfernen der Kohlenstoff-Hartmaske, einschließlich der Haftschicht, mittels Sauerstoffplasmaätzen. Es verbleibt eine strukturierte Metall schicht2 auf einem Substrat1 . Die Kohlenstoffschicht ist leicht, z.B. durch Sauerstoffplasmabehandlung, entfernbar. - 1. Klebestreifentests
- Zunächst wurde die erfindungsgemäß Hartmaske auf ihre Haftungseigenschaft auf Metallen getestet. Als Vergleich wurde eine reine Kohlenstoffschicht untersucht.
- Dazu wurde eine Al-Schicht von 900 nm Dicke auf einen unprozessierten Si-Wafer aufgebracht. Auf die Al-Schicht wurde mittels PECVD eine Kohlenstoffschicht von 400 nm Dicke abgeschieden. Für den Test der erfindungsgemäßen Hartmasken wurde eine etwa 30 nm dicke mit 10% Stickstoff dotierte Kohlenstoffschicht auf der Al-Schicht erzeugt, indem bei dem PECVD-Verfahren zur Abscheidung von C ein N-Vorläufer beigegeben wurde. Als C-Precursor wurde C3H6 eingesetzt, wobei bei der Erzeugung der N-dotierten C-Schicht N2 beigemengt wurde. Die Gesamtdicke der so erzeugten Kohlnenstoff-Hartmaskenschicht betrug 400 nm.
- Weiter wurde erfindungsgemäß eine Silziumoxidschicht und in einem anderen Fall eine Siliziumnitridschicht und eine Siliziumoxynitridschicht mittels PECVD auf der Al-Schicht von jeweils 30 nm abgeschieden, wobei als Precursor SiH4, N2O und/oder NH3 verwendet weden können. Es schloss sich eine Abscheidung von C mittels PECVD bis zu einer Gesamtschichtdicke von 400 nm an.
- Auf obige Proben wurde jeweils ein Haftband (Scotch Crystal Clear Tape) quer über den Wafer unter möglichst gleichem Druck aufgebracht bis es transparent wurde, und danach langsam abgezogen.
- Im Fall der reinen Kohlenstoffschicht wurde eine Delaminierung beobachtet, so wie dies in
6 und in einer Ansicht des Kantenbereichs des Wafers in Draufsicht in7 dargestellt ist. Der untere Teil der Darstellung von7 stellt den Bereich außerhalb des Wafers dar. Die delaminierte Waferkante ist in der Mitte sichtbar und oben befindet sich die Waferoberfläche. Die Abbildungen zeigen spontane Ablösungen am Waferrand, ohne Klebestreifentest. Im Fall der eingeführten Haftschichten konnte jeweils keine Delaminierung beobachtet werden (entsprechend8 ). Die obigen Versuche wurden auf AlCu-, Cu-, Wo-, Ta-, TaN- und TiN-beschichteten Substraten wiederholt, wobei die obigen Ergebnisse bestätigt wurden. - Beispiel 2 – Herstellen einer Metallstrukturierung
- Auf einen Si-Wafer mit einer SiO-Passivierungsschicht wurde mittels Sputtern eine Al-Schicht von 950 nm Dicke aufgebracht.
- Hierauf wurde eine N-dotierte Kohlenstoffschicht von etwa 20 nm mittels PECVD aufgebracht, wobei als Precursor für Kohlenstoff C3H6 verwendet wurde und dem Plasma N2 zugeführt wurde. Der Anteil an zugegebenem N-Precursor wurde so gewählt, dass Stickstoff in der Haftschicht mit etwa 5 Gew.-% vorlag. Die N2-Zugabe wurde gestoppt, nachdem eine Schichtidicke von 15 nm erreicht war. Anschließend wurde der PECVD-Prozess ohne Beigabe des N-Precursors fortgesetzt, so dass eine Kohlenstoffschicht von etwa 250 nm Dicke erzeugt wurde.
- Die so erhaltene Struktur wurde weiter mit einer SiON-Maske von 25 nm Schichtdicke zur Strukturierung der Kohlenstoffschicht versehen, wobei dies mit PECVD und einem Gemisch aus SiH4, N2O, He geschah. Alternativ wurde eine SiO-Schicht gleicher Schichtdicke als Maske auf die gleiche Weise aufgebracht.
- Schließlich wurde noch ein Resist aufgebracht, der zur Strukturierung der SiON-Schicht diente.
- Mit der so erhaltenen Struktur wird nun der Resist zur SiON-Öffnung auf bekannte Weise fotolithografisch strukturiert, Öffnungsbreite: ca. 300 nm. Abstände der nicht geätzten Bereiche: ca. 300 nm.
- Es folgte ein anisotroper Trockenätzschritt durch Plasmaätzen mittels CHF3-Plasma, um die SiON-Schicht zu ätzen.
- Das anschließende Ätzen der Kohlenstoffschicht und gleichzeitige Entfernen des Resists erfolgte mittels eines Sauerstoff-Ätzplasmaschritts.
- Das eigentliche Ätzen der Metallschicht konnte dann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Haftschicht selektiv und ohne Ablösung der Kohlenstoffschicht erfolgen, indem ein gerichteter Plasmaätzschritt unter Verwendung eines BCl3/Cl2-Plasmas durchgeführt wurde. Die SiON-Schicht wurde dabei entfernt.
- Optische Tests zeigten im Gegensatz zu reinen Kohlenstoff-Hartmasken im wesentlichen keine Hartmaskendefekte (
7 und8 ). - Nach Entfernen der Kohlenstoffschicht durch Sauerstoffplasmaätzen erhält man eine auf dem Si-Substrat befindliche strukturierte 950 nm dicke Al-Schicht mit störungsfreien, bis auf das Substrat geätzten Vertiefungen und mit einer Metallbahnbreite von etwa 300 nm. Die fehlerfreien Strukturierungen sind auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen erkennbar.
- Das Verfahren war ebenso erfolgreich, wenn anstelle der N-dotierten Kohlenstoffschicht eine SiO-Schicht oder SiON-Schicht von 15 nm Dicke abgeschieden wurde.
-
- 1
- Substrat
- 2
- Metall
- 3
- Grenzschicht bzw. haftfähige Schicht
- 4
- Kohlenstoffschicht
- 5
- Maske
- 6
- Resist
Claims (13)
- Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Kohlenstoffschicht und einer haftfähigen Schicht zur Haftung auf Metall oder metallhaltigen anorganischen Materialien.
- Kohlenstoff-Hartmaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die haftfähige Schicht eine Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht ist.
- Kohlenstoff-Hartmaske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoff-Dotierungskonzentration in der haftfähigen Schicht
1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt etwa 5 Gew.-%, beträgt. - Kohlenstoff-Hartmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der haftfähigen Schicht
2 bis 100 nm, bevorzugt 5 bis 30 nm, weiter bevorzugt 15 bis 30 nm, beträgt. - Kohlenstoff-Hartmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Kohlenstoffschicht etwa 80 bis 500 nm, bevorzugt 200 bis 500 nm, beträgt.
- Kohlenstoff-Hartmaske nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die haftfähige Schicht eine Schicht eines Materials ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid und Siliziumnitrid.
- Kohlenstoff-Hartmaske nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf Metall oder metallhaltigen anorganisches Materialien, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, AlCu-Legierungen, bevorzugt mit 0,5 bis 2 Gew.-% Cu-Anteil, Cu, Wo, Ta, TaN und TiN, haftet.
- Verfahren zur Herstellung einer Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Kohlenstoffschicht und einer haftfähigen Schicht zur Haftung auf Metall, wobei zunächst eine Schicht auf einem metallischen Substrat gebildet wird, welche eine Haftung zwischen dem metallischen Substrat und dem Kohlenstoff der Kohlenstoff-Hartmaske bewirkt, und anschließend zur Vervollständigung der Kohlenstoff-Hartmaske eine Kohlenstoffschicht auf der auf Metallen haftfähigen Schicht gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als auf dem metallischen Substrat haftfähige Schicht eine Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht gebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem metallischen Substrat haftfähige Stickstoff-dotierte Kohlenstoffschicht mittels eines Plasma-gestützten Prozesses zum Aufbringen von Kohlenstoff aufgebracht wird, wobei Stickstoff beigemengt wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als auf dem metallischen Substrat haftfähige Schicht eine Schicht eines Materials, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid und Siliziumnitrid, gebildet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Metall oder metallhaltiges anorganisches Material Materialien verwendet werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al, AlCu-Legierungen, bevorzugt mit 0,5 bis 2 Gew.-% Cu-Anteil, Cu, Wo, Ta, TaN und TiN.
- Verwendung einer Kohlenstoff-Hartmaske nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei der Strukturierung von metallischen Schichten, insbesondere bei der Halbleiterfertigung.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10330795A DE10330795B4 (de) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Stickstoff-dotierten Kohlenstoffschicht als haftfähiger Schicht zur Haftung auf Metall oder metallhaltigen anorganischen Materialien und Verfahren zu deren Herstellung |
US10/878,458 US20050009350A1 (en) | 2003-07-08 | 2004-06-28 | Carbon hard mask with bonding layer for bonding to metal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10330795A DE10330795B4 (de) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Stickstoff-dotierten Kohlenstoffschicht als haftfähiger Schicht zur Haftung auf Metall oder metallhaltigen anorganischen Materialien und Verfahren zu deren Herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10330795A1 true DE10330795A1 (de) | 2005-02-17 |
DE10330795B4 DE10330795B4 (de) | 2008-01-24 |
Family
ID=33559972
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10330795A Expired - Fee Related DE10330795B4 (de) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Stickstoff-dotierten Kohlenstoffschicht als haftfähiger Schicht zur Haftung auf Metall oder metallhaltigen anorganischen Materialien und Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20050009350A1 (de) |
DE (1) | DE10330795B4 (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7538034B2 (en) * | 2006-12-22 | 2009-05-26 | Qimonda Ag | Integrated circuit having a metal element |
US20150147839A1 (en) * | 2013-11-26 | 2015-05-28 | Infineon Technologies Dresden Gmbh | Method for manufacturing a semiconductor device |
DE102014115708A1 (de) * | 2014-10-29 | 2016-05-04 | Aixtron Se | Verfahren zum Trennen einer Kohlenstoffstruktur von einer Keimstruktur |
US9754793B2 (en) * | 2015-06-12 | 2017-09-05 | Toshiba Memory Corporation | Method for manufacturing semiconductor device |
JP6489951B2 (ja) * | 2015-06-12 | 2019-03-27 | 東芝メモリ株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
CN115188731A (zh) * | 2018-06-29 | 2022-10-14 | 长江存储科技有限责任公司 | 半导体结构及其形成方法 |
WO2022039848A1 (en) * | 2020-08-18 | 2022-02-24 | Applied Materials, Inc. | Methods for etching structures with oxygen pulsing |
US11545431B2 (en) * | 2020-11-16 | 2023-01-03 | Nanya Technology Corporation | Semiconductor device with carbon hard mask and method for fabricating the same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000024048A1 (en) * | 1998-10-19 | 2000-04-27 | Applied Materials, Inc. | Method of etching patterned layers useful as masking during subsequent etching or for damascene structures |
US6316329B1 (en) * | 1998-12-30 | 2001-11-13 | Nec Corporation | Forming a trench mask comprising a DLC and ASH protecting layer |
GB2368457A (en) * | 2000-04-17 | 2002-05-01 | Ibm | Protective hardmask for producing interconnect structures |
US20020119250A1 (en) * | 2001-02-23 | 2002-08-29 | Applied Materials, Inc. | Method of depositing low dielectric constant silicon carbide layers |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2200376B1 (de) * | 1972-09-20 | 1978-01-13 | Hitachi Ltd | |
US5240554A (en) * | 1991-01-22 | 1993-08-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method of manufacturing semiconductor device |
JP3294041B2 (ja) * | 1994-02-21 | 2002-06-17 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
US6436538B1 (en) * | 1998-08-24 | 2002-08-20 | Ciba Specialty Chemicals Corporation | Nitrogen doped carbon-coated effect pigments and their manufacture |
US6630772B1 (en) * | 1998-09-21 | 2003-10-07 | Agere Systems Inc. | Device comprising carbon nanotube field emitter structure and process for forming device |
US6351067B2 (en) * | 1999-01-21 | 2002-02-26 | City University Of Hong Kong | Organic electroluminescent device with improved hole injecting structure |
US6573030B1 (en) * | 2000-02-17 | 2003-06-03 | Applied Materials, Inc. | Method for depositing an amorphous carbon layer |
US20020086547A1 (en) * | 2000-02-17 | 2002-07-04 | Applied Materials, Inc. | Etch pattern definition using a CVD organic layer as an anti-reflection coating and hardmask |
JP3669681B2 (ja) * | 2000-03-31 | 2005-07-13 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
US6680079B1 (en) * | 2000-06-02 | 2004-01-20 | Seagate Technology Llc | Planarization and corrosion protection of patterned magnetic media |
US6573167B2 (en) * | 2000-08-10 | 2003-06-03 | Texas Instruments Incorporated | Using a carbon film as an etch hardmask for hard-to-etch materials |
US6395650B1 (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-28 | International Business Machines Corporation | Methods for forming metal oxide layers with enhanced purity |
US6875492B1 (en) * | 2001-11-15 | 2005-04-05 | Maxtor Corporation | Carbon overcoat for magnetic recording medium |
US6939808B2 (en) * | 2002-08-02 | 2005-09-06 | Applied Materials, Inc. | Undoped and fluorinated amorphous carbon film as pattern mask for metal etch |
-
2003
- 2003-07-08 DE DE10330795A patent/DE10330795B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-06-28 US US10/878,458 patent/US20050009350A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000024048A1 (en) * | 1998-10-19 | 2000-04-27 | Applied Materials, Inc. | Method of etching patterned layers useful as masking during subsequent etching or for damascene structures |
US6316329B1 (en) * | 1998-12-30 | 2001-11-13 | Nec Corporation | Forming a trench mask comprising a DLC and ASH protecting layer |
GB2368457A (en) * | 2000-04-17 | 2002-05-01 | Ibm | Protective hardmask for producing interconnect structures |
US20020119250A1 (en) * | 2001-02-23 | 2002-08-29 | Applied Materials, Inc. | Method of depositing low dielectric constant silicon carbide layers |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20050009350A1 (en) | 2005-01-13 |
DE10330795B4 (de) | 2008-01-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69935100T2 (de) | Verfahren zur Ätzung einer Metallisierung mittels einer harten Maske | |
DE19958904C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Hartmaske auf einem Substrat | |
DE69616981T2 (de) | Verfahren zur ätzung eines polysiliziummusters | |
DE2536718B2 (de) | Verfahren zur herstellung geaetzter strukturen in festkoerperoberflaechen durch ionenaetzung und bestrahlungsmaske zur verwendung in diesem verfahren | |
DE19520768B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit Dünnfilmwiderstand | |
DE3103615A1 (de) | Verfahren zur erzeugung von extremen feinstrukturen | |
DE19706763B4 (de) | Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht | |
DE10330795B4 (de) | Kohlenstoff-Hartmaske mit einer Stickstoff-dotierten Kohlenstoffschicht als haftfähiger Schicht zur Haftung auf Metall oder metallhaltigen anorganischen Materialien und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE69416808T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Halbleitervorrichtung | |
DE19852256B4 (de) | Verfahren zum Ätzen von Platin | |
EP0056845A2 (de) | Strukturierung von Metalloxidmasken, insbesondere durch reaktives Ionenstrahlätzen | |
DE2432719B2 (de) | Verfahren zum erzeugen von feinen strukturen aus aufdampfbaren materialien auf einer unterlage und anwendung des verfahrens | |
DE69518506T2 (de) | Verfahren zur strukturierung von leiterbahnen ohne unterätzung | |
DE3727678C2 (de) | ||
DE3689971T2 (de) | Herstellung einer halbleiteranordnung. | |
DE19838847B4 (de) | Verfahren zum Vermindern der Intensität von während des Prozesses der Photolithographie auftretenden reflektierten Strahlen | |
WO2000034985A2 (de) | Verfahren zum strukturieren einer metallhaltigen schicht | |
DE10304851A1 (de) | Ätzverfahren | |
DE10338292A1 (de) | Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht unter Verwendung einer Maske, Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht und ein Ätzgas | |
DE19608883C2 (de) | Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung und dadurch hergestellte Halbleitervorrichtung | |
DE3801976C2 (de) | ||
DE19756227A1 (de) | Verfahren zum Bilden von Metall-Leitungen einer Halbleitervorrichtung | |
EP1111671A2 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung | |
EP1360711B1 (de) | Halbleiteranordnung und verfahren zur ätzung einer schicht der halbleiteranordnung mittels einer siliziumhaltigen ätzmaske | |
DE10204644B4 (de) | Halbleitervorrichtung mit ferroelektrischem Kondensator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: INFINEON TECHNOLOGIES AG, DE Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE Owner name: POLARIS INNOVATIONS LTD., IE Free format text: FORMER OWNER: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: POLARIS INNOVATIONS LTD., IE Free format text: FORMER OWNER: INFINEON TECHNOLOGIES AG, 85579 NEUBIBERG, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |