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Die
Erfindung betrifft eine Maske für
einen Fotolithografieprozess zur Herstellung integrierter Schaltungen
sowie ein Verfahren zur Durchführung eines
Fotolithografieprozesses.
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Mittels
derartiger Fotolithografieprozesse werden fotoempfindliche Schichten,
so genannte Resistschichten, in vorgegebenen Bereichen mit Strahlung
beaufschlagt, worauf mit einem geeigneten Entwickler nur die belichteten
oder nur die nicht belichteten Bereiche entfernt werden. Je nachdem,
ob mit dem Entwickler die belichteten oder nicht belichteten Bereiche
entfernt werden, wird die so erzeugte fotoempfindliche Schicht Positivresist
oder Negativresist genannt.
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Das
so entstehende Resistmuster dient als Resistmaske für einen
nachfolgenden Prozessschritt, wie zum Beispiel einen Ätzprozess.
Mittels eines derartigen Prozesses werden in unter der Resistmaske
liegenden Schichten vorgegebene Strukturen zur Herstellung der integrierten
Schaltungen eingearbeitet.
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Zur
Belichtung der fotoempfindlichen Schichten werden Präzisionsgeräte eingesetzt,
mittels derer von einer Belichtungsquelle emittierte Strahlung auf die
fotoempfindliche Schicht projiziert wird. Als Belichtungsquelle
wird vorzugsweise ein fein gebündelter
Elektronenstrahl verwendet.
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Die
Masken für
die Fotolithografie gemäß dem heutigen
Stand der Technik enthalten das Muster einer Entwurfsebene als Chromschicht
auf einem transparenten Träger.
Das Ausgangsmaterial für
ihre Herstellung besteht aus einer Glas- bzw. Quarzplatte, die ganzflächig mit
Chrom als lichtabsorbieren des Material und Foto- bzw. Elektronenstrahllack
als strahlungsempfindlichem Film beschichtet ist. In die Lackschicht
werden die entsprechenden Strukturen einer Entwurfsebene, je nach
gewünschtem
Belichtungsverfahren, im Größenverhältnis 1:1,
4:1, 5:1 oder 10:1 abgebildet. Ein Mustergenerator bildet die zu
erzeugenden Strukturen mit Hilfe mechanischer Blenden fotografisch
auf einer mit Chrom und Fotolack beschichteten Quarzplatte ("Blank") im Maßstab 1:1,
4:1, 5:1 oder 10:1 vergrößert ab.
Durch vielfach wiederholte Positionierung und Belichtung entstehen die
gewünschten
Strukturen in der Lackschicht. Anschließend wird der Fotolack an den
bestrahlten Stellen entfernt und die Chromschicht nasschemisch oder
trockenchemisch geätzt.
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Auf
der Quarzplatte bleiben nur die Strukturen einer Entwurfsebene eines
einzelnen Chips als Chromabsorber um den Faktor 5 oder 10 vergrößert zurück. Das
bearbeitete Blank, das auch "Reticle" genannt wird, kann
direkt zur Fotolithografie oder zur Maskenherstellung eingesetzt
werden.
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Die
Maske kann im einfachsten Fall als binäre Maske, beispielsweise in
Form einer Chrommaske ausgebildet sein. Derartige Chrommasken weisen eine
Anordnung von transparenten Zonen, die vorzugsweise von einer Glasschicht
gebildet sind, und nicht transparenten Schichten auf, die vorzugsweise von
den Chromschichten gebildet sind.
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Um
die Auflösung
der optischen Lithografie zu verbessern, werden zunehmend alternative
Maskenbauformen verwendet. Anstelle der einfachen Chrommasken werden
zum Beispiel dämpfende Phasenmasken
verwendet, die die einfallenden elektromagnetischen Wellen im maskierten
Bereich nicht vollständig
absorbieren, sondern nur stark dämpfen und
dabei gleichzeitig ihre Phasen um 180° Verschieben. Durch Interferenz
entsteht auf der Waferoberfläche
eine günstigere
Intensitätsverteilung
und damit ein stärkerer
Kontrast. Des Weiteren werden zunehmend auch reflektierende Masken
eingesetzt, die im extremen UV-Bereich
(EUV) eingesetzt werden.
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Die
Maske gemäß dem Stand
der Technik besteht daher mindestens aus zwei Schichten, nämlich einer
ersten Schicht aus Chrom (Absorberschicht) und einer zweiten Schicht,
die als eine Antireflexschicht dienen soll, aus Chromoxid. Sowohl
die erste als auch die zweite Schicht kann gegebenenfalls mit einer
geringen Konzentration anderer Elemente dotiert werden.
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Nachdem
die Maske auf das Substrat aufgebracht ist und das Substrat belichtet
wurde, erfolgt in einem weiteren Schritt das Ätzen der Maske mittels eines
Nass- bzw. eines Trockenätzprozesses.
Bei einem typischen Trockenätzprozess,
der herkömmlicherweise
verwendet wird, verlaufen die Kanten in der Nähe der Substratoberfläche häufig nicht
senkrecht, sondern mit einem Kantenwinkel, der weniger als 90° aufweist.
Dieses Phänomen
ist als "Footing" bekannt. Um die
Kanten wieder senkrecht zu gestalten, muss der Ätzprozess länger als notwendig geführt werden.
Das zusätzliche Ätzen, um
die Kanten senkrecht zu gestalten bzw. das Footing zu vermeiden,
wird als das Überätzen (overetch)
bezeichnet. Dadurch kann die Fußbildung
wieder ausgeglichen werden.
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Das Ätzen wird
aber durch sauerstoffhaltige Ätzchemie
durchgeführt,
so dass während
der Überätzzeit aufgrund
der verwendeten Chemikalien, die Lackstruktur auf geweitet wird.
Daher sollte die Überätzzeit so
kurz wie möglich
sein, aber andererseits ausreichend lang, um das "Footing" zu korrigieren. Um
die Lackstrukturen zu schonen, besteht Bedarf an Masken, die eine
kürzere Überätzzeit ermöglichen,
um die Schäden
des Fotolacks und damit einhergehenden Messverlust zu vermeiden.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Maske (Blank)
bereitzustellen, bei der die Überätzzeit verglichen
mit herkömmlichen
Masken verkürzt
ist.
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Die
erfindungsgemäße Maske
zur Strukturierung von Halbleitersubstraten mit einem vorzugsweise
aus Glas oder Quarz bestehenden Substrat und einer Absorberschicht,
wobei der Bereich der Absorberschicht, der dem Substrat am nächsten ist,
eine höhere
Trockenätzrate
aufweist als der darauf liegende Bereich. Die Erhöhung der Ätzrate des
ersten Bereichs kann durch eine Vielzahl von Methoden erreicht werden,
wobei vorzugsweise die Erhöhung
der Ätzrate
durch eine Dotierung mit Sauerstoff erreicht wird. Der Vorteil dieses
Schichtaufbaus ist, dass durch die Reduzierung der Überätzzeit eine
Verringerung des Maßverlustes
stattfindet. Ein Bereich der Absorberschicht kann als ein Antireflexbereich
ausgebildet sein oder eine Antireflexschicht kann auf der Absorberschicht
angeordnet sein. Die Absorberschicht ist vorzugsweise chromhaltig.
Vorzugsweise besteht die Absorberschicht aus Chrom, das mit Sauerstoff
und gegebenenfalls weiteren Spezien dotiert ist.
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Zwischen
dem Substrat und der ersten Absorberschicht können weitere Schichten angeordnet werden,
wie zum Beispiel eine Schicht, die phasenverschiebende Wirkung aufweist.
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Die
erfindungsgemäße Maske
kann aber auch aus drei Schichten bestehen, wobei die dem Substrat
am nächsten
liegende Schicht beispielsweise eine auf Chrom basierende sauerstoffhaltige
Basisschicht ist, die darauf liegende Schicht eine gegebenenfalls
mit weiteren Dotierstoffen versehene Standardchromabsorberschicht
ist und als oberste Schicht eine Antireflexdeckschicht aus beispielsweise
Chromoxid (CrOX) ist.
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Es
ist aber auch möglich,
dass die Absorberschicht lediglich aus einer Schicht mit einem Gradient von
Dotierstoffen besteht, so dass der Bereich der Absorberschicht,
der dem Substrat am nächsten
ist, eine durch die Dotierung erzielte höhere Ätzrate aufweist als der darauf
liegende Bereich.
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Es
ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass
zwischen der ersten Schicht und dem Substrat eine weitere Schicht
aufgebracht wird, die zum Beispiel aus Chrom besteht, um die Haftung
des Substrats in Bezug auf die Maske zu verbessern. Es ist dann
notwendig, dass diese Schicht sehr dünn ausgestaltet wird, um die Ätzraten
in der Nähe
der Oberfläche
nicht wesentlich zu beeinflussen.
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Die
Erfindung wird beispielsweise anhand der Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die Konzentration der Sauerstoffatome
in der erfindungsgemäßen Maske;
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2 die Ätzrate für die erfindungsgemäße Maske;
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3 ein herkömmliches
Profil nach dem Ätzschritt;
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4 ein erfindungsgemäßes Profil
nach dem Ätzschritt.
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In
der 1 ist eine Ausführungsform
beschrieben, die eine Maske beschreibt, die aus zwei Schichten besteht,
nämlich
aus einer Antireflexschicht, bezeichnet als AR-Schicht und einer
Chromschicht, die mit Sauerstoffatomen unterschiedlich dotiert ist.
In dieser Ausführungsform
weist die Chromschicht zwei Bereiche auf, nämlich einen Bereich, in dem
die Sauerstoffkonzentration sehr hoch ist und einen Bereich in dem
Sauerstoffkonzentration niedriger ist. Der Bereich, bei dem Sauerstoffkonzentration
höher ist,
befindet sich in der Nähe
des Substrats. Damit können
die Ätzraten
der verschiedenen Bereiche gezielt verändert werden.
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Die 2 zeigt Ätzraten der erfindungsgemäßen Maske,
die eine Struktur gemäß 1 aufweisen. Die Ätzraten
in der Nähe
des Substrats sind höher
als die Ätzraten
der darauf liegenden Bereiche. In einem gewissen Bereich bleibt
die Ätzrate
konstant bevor sie noch einmal steigt, wobei die Steigerung der Ätzrate den Übergang
von der Absorberschicht zur Antireflexschicht kennzeichnet. Wie
in 2 dargestellt, kann
die Ätzrate
der Absorberschicht, im Bereich der dem Substrat nahe liegt sogar
höher sein als
die Ätzrate
der darauf liegenden Chromoxidschicht. Es liegt aber im fachmännischen
Können,
die Ätzraten
der jeweiligen Bereiche so zu verändern, dass die optimalen Ergebnisse
erzielt werden können.
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Damit
kann erreicht werden, dass ein langes Überätzen entbehrlich wird, so dass
mit der erfindungsgemäßen Maske,
eine wesentliche Verkürzung des Ätzprozesses
möglich
ist und der Schaden, der durch langes Überätzen für den Fotolack entsteht, vermieden
werden kann.
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3 zeigt, dass ein herkömmliches
Profil deutliches Footing aufweist und ein langes Überätzen nach
dem Ätzschritt
notwendig macht.
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Durch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Maske
ist das Substrat nach dem Ätzschritt
ausreichend strukturiert, wie in 4 gezeigt,
weist kein Footing auf und die Kanten verlaufen bei ca. 90°, so dass
ein langes Überätzen nicht
notwendig ist.