DE19503393C2 - Halbton-Phasenschiebermaske und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Halbton-Phasenschiebermaske und Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Phasenschie
bermaske, und insbesondere eine Halbton-Phasenschiebermaske,
durch die verhindert werden kann, daß Licht unerwünschte Be
reiche unter der Maske durchdringt, so daß ein Photoresistmu
ster mit hochgradig glattem Profil erhalten werden kann. Die
vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Her
stellung einer derartigen Halbton-Phasenschiebermaske.
Die EP 0 567 169 A1 beschreibt eine Phasenschiebermaske und
deren Herstellungsverfahren. Die Phasenschiebermaske besteht
aus gleichförmig lichtabsorbierenden Phasenschieberstrukturen,
die die Chrommuster herkömmlicher Masken ersetzen. Die Phasen
schiebermaske besteht dabei aus lichtundurchlässigen absorbie
renden Schichten und aus phasenverschiebenden Schichten, wobei
der Umfang der Phasenverschiebung zur Optimierung des Bildes
angepaßt wird.
Um dem jüngsten Trend einer hohen Integration von Halbleiter
vorrichtungen zu entsprechen, ist es erforderlich, daß Drähte
hinsichtlich ihrer Abmessung und des Abstands zwischen ihnen
vermindert oder verkleinert werden können, und daß Einheits
elemente, wie beispielsweise Transistoren und Kondensatoren
kleiner werden. Dadurch werden die ausgebildeten Muster fei
ner, während die Anzahl der Schritte, die zur Herstellung
hochintegrierter Halbleiter erforderlich sind, allgemein grö
ßer wird.
Beim Durchführen eines typischen photolithographischen Prozes
ses für eine Halbleitervorrichtung wird eine Maske verwendet,
die ein transparentes Substrat, wie beispielsweise Quarz um
faßt, auf dem optisch undurchsichtige Muster durch Aufbringen
von Chrom oder Aluminium und Ätzen derselben mit einem Ionen
strahl ausgebildet werden. Unter Verwendung der typischen Mas
ke ist es jedoch schwierig, ein feines Muster kleiner oder
feiner als die Lichtauflösung auszubilden. Tatsächlich ist es
unmöglich, feine Muster mit einer Linienweite von 0,5 µm oder
weniger unter Verwendung eines aktuellen Photoresists und ak
tueller Belichtungsanlagen zu erhalten.
Extrem hochintegrierte Halbleitervorrichtungen, wie bei
spielsweise ein DRAM mit 64 M oder mehr, erfordern feine
Muster von 0,4 µm oder weniger bzw. feiner. Verschiedene Be
mühungen sind unternommen worden, um diese Bedürfnisse zu
erfüllen. Bei einer Bemühung zur Entwicklung hochintegrier
ter Halbleitervorrichtungen wurden Phasenschiebermasken ent
wickelt. Tatsächlich lassen sich ultrafeine Muster durch
Phasenschiebermasken durchaus erzeugen.
Eine Phasenschiebermaske umfaßt allgemein ein Quarzsubstrat,
optisch undurchsichtige Muster und eine Phasenschiebermate
rialschicht. Die Phasenschiebermaterialschicht ist entlang
der optisch undurchsichtigen Muster auf dem Quarzsubstrat
ausgebildet und dient zur Verschiebung eines Lichtstrahls
mit einem Winkel von 180°. Eine derartige Phasenschiebermas
ke ist dazu ausgelegt, die Amplitute eines Lichtstrahls, der
bei Belichtungsprozessen auf einen Wafer gerichtet wird,
konstant zu halten, und die Belichtung zu minimieren, die
durch eine Interferenz zwischen einem Licht, das das Phasen
schiebermaterial durchsetzt und einem Licht verursacht wird,
das ein Muster benachbart zu der Phasenschiebermaterial
schicht durchsetzt, wodurch die Auflösung des Photoresist
filmmusters verbessert wird.
Um das Kontrastverhältnis von auf einen Photoresistfilm ge
richtetem Licht zu verbessern, wird das Phasenschiebermate
rial mit einem Brechungsindex n in der Schiebermaske mit ei
ner Dicke derart ausgebildet, daß die Phase von mit einer
Wellenlänge λ einfallendem Licht mit einem Winkel von 160
bis 200° verschoben wird. Wenn es sich bei dem einfallenden
Licht um die G-Linie oder I-Linie handelt und das Phasen
schiebermaterial ein Oxid, Nitrid oder ein Aufschleuderglas
(spin-on-glass) ist (auf das nachfolgend als "SOG" Bezug ge
nommen wird), reicht die Dicke des Phasenschiebermaterials
von 3400 bis 4000 Å. Eine derartige Phasenschiebermaske er
möglicht Muster mit einer Weite von 0,3 µm oder weniger
selbst dann, wenn herkömmliche Photoresistfilme und Belich
tungsanlagen verwendet werden.
Unter Phasenschiebermasken wird eine Halbton-Phasenschieber
maske verwendet, um inter alia Kontaktlochmuster auszubil
den, und seine Prozeßtauglichkeit hat sich als besser als
50% oder mehr herausgestellt. Bei Verfahren zur Herstellung
von Halbleitervorrichtungen ist die Halbton-Phasenschieber
maske beim Ausbilden feiner Kontaktlöcher im 64 M-Maßstab
oder darüber besonders nützlich.
Um den Hintergrund der Erfindung besser verstehen zu können,
wird nunmehr in bezug auf die Fig. 1 und 2 eine herkömmliche
Halbton-Phasenschiebermaske erläutert.
In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer herkömmlichen Phasen
schiebermaske gezeigt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, um
faßt die herkömmliche Phasenschiebermaske ein Quarzsubstrat
11, auf dem ein Halbton-Lichtdurchdringungsfilmmuster 13 zu
sammen mit einem Phasenschieberfilmmuster 15 derart ausge
bildet ist, daß ein Fenster erzeugt wird, durch das das
Quarzsubstrat 11 freigelegt wird. Das Halbton-Lichtdurch
dringungsfilmmuster 13 besteht aus Chrom- oder Aluminiumoxid
und hat eine Dicke, daß etwa 5 bis 20% eines einfallenden
Lichts hindurchdringen können. Das Phasenschieberfilmmuster
15 besteht aus einem Oxid, Nitrid oder SOG vorbestimmter
Dicke.
Wenn Licht auf eine derartige Halbton-Phasenschiebermaske
gerichtet wird, wird die Lichtintensität am zentralen Be
reich des Fensters maximiert und an der Grenze zwischen dem
Fenster und dem Muster auf Null reduziert. Die Lichtintensi
tät an fensterfreien Bereichen wird, obwohl sehr schwach, in
einer Menge von etwa 5 bis 20% des einfallenden Lichts er
mittelt. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß das
Licht das Halbton-Lichtdurchdringungsfilmmuster 13 durch
dringt. Die Intensität des hindurchtretenden Lichts ist na
türlich proportional zu demjenigen der (eingesetzten) Licht
quelle. Die Intensität dieses Lichts ist außerdem nicht kon
stant, sondern selbst an Bereichen unterschiedlich, in denen
kein Fenster vorgesehen ist.
In dem Fall, daß ein positiver Photoresistfilm 18, der auf ein
Halbleitersubstrat 17 aufgetragen ist, durch Verwendung einer
derartigen Halbton-Phasenschiebermaske beleuchtet wird, wird
der Bereich des positiven Photoresistfilms 18, der nicht mit
einem Muster versehen werden soll, aufgrund der Durchdringung
von Licht durch den Lichtschirm belichtet oder beleuchtet und
wird dadurch nach der Entwicklung mit einem Muster versehen,
wie in Fig. 2 gezeigt. Infolge davon wird ein Photoresistfilm
muster erhalten, das eine unebene Oberfläche hat.
Ein derartiges Photoresistfilmmuster mit gestufter Oberfläche
ist ein Faktor, der die Herstellungsausbeute und die Zuverläs
sigkeit einer Halbleitervorrichtung verschlechtert. Wenn die
ses herkömmliche Photoresistfilmmuster beispielsweise als Ätz
maske oder Ionenimplantationsmaske verwendet wird, kann eine
Schicht unter der Maske beschädigt oder Ionen können in unnö
tige Bereiche implantiert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin,
die beim Stand der Technik auftretenden Probleme zu überwinden
und eine Halbton-Phasenschiebermaske zu schaffen, mit der
Licht daran gehindert werden kann, in unerwünschte Bereiche
unter der Maske hindurchzudringen, so daß ein Photoresistmu
ster mit einem hochgradig glatten Profil erhalten werden kann.
Außerdem soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Herstel
lung einer derartigen Halbton-Phasenschiebermaske geschaffen
werden.
Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich der Halbton-Phasen
schiebermaske durch eine Halbton-Phasenschiebermaske mit den
in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und hinsichtlich des Her
stellungsverfahrens durch ein Verfahren mit den im Anspruch 4
angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen bei
spielhaft näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer herkömmli
chen Halbton-Phasenschiebermaske,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Photore
sistfilmmusters auf einem Halbleitersubstrat, das unter Ver
wendung der Halbton-Phasenschiebermaske von Fig. 1 ausgebildet
ist,
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungs
gemäßen Halbton-Phasenschiebermaske und
Fig. 4 bis 9 schematische Querschnittsansichten zur Erläute
rung eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen
Halbton-Phasenschiebermaske.
Die Fig. 1 und 2 sind einleitend anhand des Standes der Tech
nik erläutert worden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der Fig. 3 bis 9 näher erläutert, wobei für gleiche Teile die
selben Bezugsziffern verwendet werden.
In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Halbton-Phasenschiebermas
ke gezeigt. Wie aus dieser Figur hervorgeht, umfaßt die Halb
ton-Phasenschiebermaske ein transparentes Substrat, beispiels
weise ein Quarzsubstrat 21, ein optisch undurchsichtiges Mu
ster 24, beispielsweise aus Chrom, das auf dem transparenten
Substrat 21 ausgebildet ist, und ein Phasenschiebermuster 25',
das mit einem Halbton-Lichtdurchdringungsfilmmuster 23' abge
deckt ist, wobei das Phasenschiebermuster 25' neben dem op
tisch undurchlässigen Muster 24 derart vorgesehen ist, daß ein
Fenster zum Belichten eines vorbestimmten Bereichs des trans
parenten Substrats 12 erzeugt ist.
Während das Phasenschiebermuster 25' aus einem Material be
steht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus SOG, einem
Oxid und einem Nitrid besteht, besteht das Halbton-Licht
durchdringungsfilmmuster 23' aus Chrom- oder Aluminiumoxid.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Halbton-Lichtdurch
dringungsfilm 23 eine Dicke von 100 bis 150 Å, so daß 5 bis
20% eines einfallenden Lichts hindurchdringen können.
Im Gegensatz zu der herkömmlichen Phasenschiebermaske ver
hindert die erfindungsgemäße Halbton-Phasenschiebermaske das
Eindringen oder Durchdringen von Licht in Bereichen, in de
nen kein Fenster vorhanden ist. Wenn ein Belichtungsprozeß
mit der erfindungsgemäßen Halbton-Phasenschiebermaske durch
geführt wird, kann deshalb ein Photoresistfilmmuster mit
glatter Oberfläche erhalten werden. Die erfindungsgemäße
Halbton-Phasenschiebermaske hat deshalb den Vorteil, inter
alia feine Kontaktlöcher auszubilden.
Die bevorzugten Verfahrensschritte zur Ausbildung der in
Fig. 3 gezeigten Halbton-Phasenschiebermaske werden nachfol
gend allgemein in Verbindung mit den Fig. 4 bis 9 erläutert.
Wie in Fig. 4 gezeigt, werden auf einem transparenten
Substrat 21, beispielsweise einem Quarzsubstrat, aufeinan
derfolgend eine Phasenschieberschicht 25 aus Oxid, Nitrid
oder SOG und eine Halbton-Lichtdurchdringungsmaske 23 aus
Chrom- oder Aluminiumoxid ausgebildet. Die Halbton-Licht
durchdringungsschicht 23 wird mit einer Dicke von etwa 100
bis 150 Å ausgebildet, damit 5 bis 20% eines einfallenden
Lichts hindurchdringen können.
Wie in Fig. 5 gezeigt, werden die Halbton-Lichtdurchdrin
gungsschicht 23 und die Phasenschieberschicht 25 einer Io
nenstrahlätzung ausgesetzt, um ein Fenster auszubilden, das
einen vorbestimmten Bereich des transparenten Substrats 21
freilegt.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird daraufhin ein negativer Ab
deckungsphotoresistfilm über die resultierende Struktur von
Fig. 5 aufgetragen und daraufhin einem Lichtstrahl ausge
setzt, der eine größere Energie hat, als diejenige, die zum
Aushärten des negativen Photoresistfilms erforderlich ist,
wobei der Lichtstrahl von der Rückseite des transparenten
Substrats 21 einfällt, wobei der Photoresistfilm abschlie
ßend entwickelt wird, um ein Photoresistfilmmuster 28 auszu
bilden, das das Fenster und einen Kantenbereich der Halbton-
Lichtdurchdringungsschicht 23 bedeckt. Das bedeutet, daß
dieser photolithographische Prozeß das Fenster als Schlitz
verwendet, von dem ausgehend der Strahl gebrochen wird, wo
bei die verbleibende Phasenschieberschicht 25 und die Halb
ton-Lichtdurchdringungsschicht 23 als Maske verbleiben.
Durch die Brechung ist der belichtete Bereich des Photore
sistfilms weiter als das Fenster.
Wie in Fig. 7 gezeigt, wird das Photoresistfilmmuster 28
daraufhin durch Ausglühen bei einer Temperatur von 130°C
oder darüber mit dem Ziel ausgehärtet, es in die Lage zu
versetzen, einen darauffolgenden Ätzprozeß zu überdauern,
und ein Ätzprozeß wird durchgeführt, um ein Halbton-Licht
durchdringungsmuster 23' und ein Phasenschiebermuster 25',
das mit dem Fenster versehen ist, auszubilden, wobei das
Photoresistfilmmuster 28 als Maske dient.
Über der resultierenden Struktur wird daraufhin, wie in Fig.
8 gezeigt, Chrom- oder Aluminiumoxid mit einer Dicke nieder
geschlagen, die ausreicht, um Licht abzuschirmen, um eine
optisch undurchsichtige Schicht 24 auszubilden.
Zuletzt wird, wie in Fig. 9 gezeigt, das Photoresistfilmmu
ster 28 zusammen mit einem Bereich der optisch undurchsich
tigen Schicht 24, die das Photoresistfilmmuster 28 bedeckt,
durch Abziehen beseitigt. Dadurch bleibt eine optisch un
durchsichtige Schicht 24 zurück, die sämtliche Bereiche des
transparenten Substrats 21 bis auf den vorbestimmten freizu
legenden Bereich bedeckt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die erfindungsgemäße
Halbtonphasenschiebermaske durch ein Verfahren zubereitet,
das allgemein darin besteht, ein Phasenschiebermuster, das
mit einem Halbton-Lichtdurchdringungsmuster abgedeckt ist,
wobei beide mit einem Fenster versehen sind, auf einem vor
bestimmten Bereich eines transparenten Substrats auszubil
den, und ein optisch undurchsichtiges Muster auszubilden,
das das gesamte transparente Substrat mit Ausnahme des Pha
senschiebermusters bedeckt, wobei das Fenster die Intensität
des hindurchgehenden Lichts in Bereichen außerhalb des Fen
sters und der Phasenschiebermaske auf Null vermindert.
Die vorliegende Erfindung kann deshalb das Problem lösen,
daß ein unerwünschter Bereich belichtet wird, und es kann
ein Photoresistfilmmuster mit einem hochwertigen Profil un
ter Verwendung der erfindungsgemäßen Halbton-Phasenschieber
maske erhalten werden. Dieses Photoresistfilmmuster kann als
Maske zum Ätzen oder für eine Ionenimplantation verwendet
werden, wodurch die Beschädigung einer Schicht unter der
Maske verhindert wird. Die erfindungsgemäße Halbton-Phasen
schiebermaske bewirkt dadurch eine Verbesserung der Produk
tionsausbeute und der Zuverlässigkeit einer Halbleitervor
richtung.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der vorste
hend beschriebenen Erfindung ergeben sich für den Fachmann
aus dem Studium der vorstehenden Beschreibung. Obwohl spezi
elle Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen erläutert
worden sind, können Abwandlungen und Modifikationen dieser
Ausführungsformen durchgeführt werden, ohne vom Geist und
Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
Claims (7)
1. Halbton-Phasenschiebermaske mit
einem transparenten Substrat (21), auf dem ein Phasen schiebermuster (25'), welches von einem Halbton-Lichtdurch dringungsmuster (23') überzogen ist, in einem ersten Flächenbereich der Substratoberfläche vorgesehen ist,
wobei ein Teil des Lichts, welches auf den ersten Flächen bereich trifft, durch beide Muster (23', 25') hindurch dringt,
einem Fenster, welches in das von dem Halbton-Lichtdurch dringungsmuster (23') überzogenen Phasenschiebermuster (25') geätzt ist und durch welches ein zweiter Flächenbe reich der Substratoberfläche dem einfallenden Licht direkt ausgesetzt ist, und mit
einer optisch undurchsichtigen Schicht (24), welche die übrige Substratoberfläche abdeckt und welche einfallendes Licht von der Substratoberfläche abschirmt.
einem transparenten Substrat (21), auf dem ein Phasen schiebermuster (25'), welches von einem Halbton-Lichtdurch dringungsmuster (23') überzogen ist, in einem ersten Flächenbereich der Substratoberfläche vorgesehen ist,
wobei ein Teil des Lichts, welches auf den ersten Flächen bereich trifft, durch beide Muster (23', 25') hindurch dringt,
einem Fenster, welches in das von dem Halbton-Lichtdurch dringungsmuster (23') überzogenen Phasenschiebermuster (25') geätzt ist und durch welches ein zweiter Flächenbe reich der Substratoberfläche dem einfallenden Licht direkt ausgesetzt ist, und mit
einer optisch undurchsichtigen Schicht (24), welche die übrige Substratoberfläche abdeckt und welche einfallendes Licht von der Substratoberfläche abschirmt.
2. Halbton-Phasenschiebermaske nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbton-Lichtdurchdringungsmuster (23') aus Chrom-
oder Aluminiumoxid besteht.
3. Halbton-Phasenschiebermaske nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbton-Lichtdurchdringungsmuster (23') etwa 100
bis 150 Å dick ist, so daß etwa 5 bis 20% des einfallenden
Lichtes das Muster durchdringen.
4. Verfahren zur Herstellung einer Halbton-Phasenschiebermas
ke, welches die folgenden Schritte aufweist:
Überziehen eines transparenten Substrates (21) mit einer Phasenschieberschicht (25) und einer Halbton-Lichtdurch dringungsschicht (23),
selektives Ätzen der Phasenschieberschicht (25) und der darüberliegenden Halbton-Lichtdurchdringungsschicht (23) zur Ausbildung eines Fensters, welches einen vorbestimmten Oberflächenbereich des Substrates (21) freilegt,
Auftragen eines negativen Abdeckungsphotoresistfilms über der resultierenden Struktur,
Belichten des aufgetragenen Photoresistfilms mittels Licht, welches von der Rückseite des transparenten Substrates (21) einfällt,
Entwickeln des belichteten Photoresistfilms zur Ausbildung eines Photoresistfilmmusters (28), welcher das Fenster und einen um das Fenster herum gelegenen Randbereich der Halbton-Lichtdurchdringungsschicht (23) bedeckt,
selektives Ätzen der Phasenschieberschicht (25) und der darüberliegenden Halbton-Lichtdurchdringungsschicht (23) mit dem Photoresistfilmmuster (28) als Maske zur Ausbildung eines Phasenschiebermusters (25') und eines Halbton-Licht durchdringungsmusters (23'),
Auftragen einer optisch undurchsichtigen Schicht (24) über der resultierenden Struktur,
Entfernen des Photoresistfilmmusters (28),
wobei die undurchsichtige Schicht (24) als optisch undurch sichtiges Muster um das Fenster und dessen mit Phasen schieber- und Halbton-Lichtdurchdringungsmuster (23', 25') überzogenen Randbereich herum verbleibt.
Überziehen eines transparenten Substrates (21) mit einer Phasenschieberschicht (25) und einer Halbton-Lichtdurch dringungsschicht (23),
selektives Ätzen der Phasenschieberschicht (25) und der darüberliegenden Halbton-Lichtdurchdringungsschicht (23) zur Ausbildung eines Fensters, welches einen vorbestimmten Oberflächenbereich des Substrates (21) freilegt,
Auftragen eines negativen Abdeckungsphotoresistfilms über der resultierenden Struktur,
Belichten des aufgetragenen Photoresistfilms mittels Licht, welches von der Rückseite des transparenten Substrates (21) einfällt,
Entwickeln des belichteten Photoresistfilms zur Ausbildung eines Photoresistfilmmusters (28), welcher das Fenster und einen um das Fenster herum gelegenen Randbereich der Halbton-Lichtdurchdringungsschicht (23) bedeckt,
selektives Ätzen der Phasenschieberschicht (25) und der darüberliegenden Halbton-Lichtdurchdringungsschicht (23) mit dem Photoresistfilmmuster (28) als Maske zur Ausbildung eines Phasenschiebermusters (25') und eines Halbton-Licht durchdringungsmusters (23'),
Auftragen einer optisch undurchsichtigen Schicht (24) über der resultierenden Struktur,
Entfernen des Photoresistfilmmusters (28),
wobei die undurchsichtige Schicht (24) als optisch undurch sichtiges Muster um das Fenster und dessen mit Phasen schieber- und Halbton-Lichtdurchdringungsmuster (23', 25') überzogenen Randbereich herum verbleibt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Licht, mit welchem der Photoresistfilm belichtet
wird, eine größere Energie aufweist als zum Aushärten des
negativen Photoresistfilms notwendig ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Photoresistfilmmuster (28) bei einer Temperatur von
etwa 130° oder darüber vor dem selektiven Ätzen ausgehärtet
wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbton-Lichtdurchdringungsmuster (23') mit einer
Dicke von 100 bis 150 Å ausgebildet wird, damit etwa 5 bis
20% des einfallenden Lichtes das Muster durchdringen.
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