DE19725808A1 - Verfahren zur Herstellung einer Phasenschiebemaske - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitermaske und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Phasenschiebemaske, die in der Lage ist, einfallendes Licht von einem Öffnungsbereich der Maske wirksam zu erhöhen.

Im allgemeinen wird bei der zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen be­ nutzten Photolithographie häufig eine Photomaske benutzt. Die Photomaske umfaßt einen lichtdurchlassenden Bereich und einen lichtabschirmenden Be­ reich. Zusätzlich umfaßt die Photomaske ein lichtdurchlassenden Muster und ein lichtabschirmendes Muster, um eine selektive Belichtung auszuführen.

Mit einer höheren Musterdichte infolge einer hohen Integration einer Vorrich­ tung wird jedoch Lichtbeugung erzeugt, die die Verbesserung der Auflösung begrenzt.

Um dieses Problem zu vermeiden, wurde eine Vielfalt von Phasenschiebe­ masken entwickelt. Mit der Entwicklung von Techniken zum Anfertigen der­ artiger Masken wurde eine von Vielfalt die Phasendifferenz von Licht nut­ zenden Masken hergestellt. Infolgedessen wurde die Begrenzung der Licht­ auflösung erhöht.

Die Phasenschiebemaske schiebt die Phase von von einer phasenmodulieren­ den lichtdurchlassenden Schicht einfallendem Licht um 180°, um Offset- Interferenzen mit von einer gewöhnlichen lichtdurchlassenden Schicht einfal­ lendem Licht zu erhalten. Als Folge der Interferenzen weist die Phasenschie­ bemaske verglichen mit einer gewöhnlichen Maske eine hohe Auflösung und Tiefenschärfe auf.

Seit der Phasenschiebemaske vom alternierenden Typ nach Levenson, der be­ gann, einen typischen Maskentyp zu modifizieren, wurde eine Phasenschie­ bemaske vom RIM-Typ zur Verbesserung der Auflösung eines Kontaktlochs von Nitayama et al. auf der IEDM und eine Phasenschiebemaske vom out- trigger-Typ von Terasawa von Hitachi veröffentlicht. Die Nutzen derartiger Masken ist also hoch. Phasenschiebemasken vom Reduktionstyp (oder Halb­ ton-Phasenschiebemasken), die in der Lage sind, einen Bereich der Maske zu verringern, wurden zusätzlich entwickelt.

Eine herkömmliche Phasenschiebemaske wird nun anhand der Zeichnung be­ schrieben. Fig. 1a bis 1d zeigen zur Veranschaulichung von Prozeßschritten Schnitte einer herkömmlichen Phasenschiebemaske. Fig. 2a bis 2d zeigen zur Veranschaulichung von Prozeßschritten Schnitte einer anderen herkömmli­ chen Phasenschiebemaske.

Zunächst werden Verfahrensschritte zur Herstellung einer Phasenschiebemas­ ke vom RIM-Typ anhand von Fig. 1a bis 1d beschrieben. Bei der Phasen­ schiebemaske vom RIM-Typ wird ein lichtabschirmendes Muster naßgeätzt, um einen Rand einer RIM-Schiebeschicht sicherzustellen. Wie in Fig. 1a ge­ zeigt, werden eine lichtabschirmende Schicht 3 und eine Photoresistschicht 2 sequentiell auf einem transparenten Substrat 1 ausgebildet. Die Photore­ sistschicht 2 wird dann gemustert und die lichtabschirmende Schicht wird unter Benutzung der Photoresistschicht 2 als Maske selektiv geätzt, um eine lichtabschirmende Musterschicht 3 zu bilden.

Daraufhin wird die Photoresistschicht 2 entfernt und eine schiebende licht­ durchlassende Schicht 4 wird durch Ablagern von Polymethylmethaacrylat (PMMA) 4 auf den gesamten Bereichen gebildet, wie in Fig. 1b gezeigt. Dann wird die schiebende lichtdurchlassende Schicht 4 von der gegenüberliegenden Seite des transparenten Substrats 1 belichtet, um eine Schiebemusterschicht 5 in Abhängigkeit von der lichtabschirmenden Musterschicht 3 zu bilden, wie in Fig. 1c gezeigt. Wie in Fig. 1d gezeigt, wird die lichtabschirmende Mu­ sterschicht 3 naß geätzt, um eine lichtabschirmende Musterschicht 6 zu bil­ den, die unterschnitten ist, um die RIM-Schiebeschicht freizulegen. Schließ­ lich ist eine Maske hergestellt.

Die andere herkömmliche Phasenschiebemaske, die durch Ersetzen des lichtabschirmenden Abschnitts der Phasenschiebemaske vom RIM-Typ durch einen halbtransparenten Bereich hergestellt wird, wird nun beschrieben.

Wie in Fig. 2a gezeigt, wird eine halbtransparente Chromschicht auf einem transparentem Substrat 1 abgeschieden, um eine halbtransparente Schicht 7 zu bilden. Eine schiebende lichtdurchlassende Schicht 4 wird auf der halbtrans­ parenten Schicht 7 gebildet. Dann wird ein Positiv-Photoresist auf der schie­ benden lichtdurchlassenden Schicht 4 ab geschieden und ein Elektronenstrahl wird selektiv auf das Positiv-Photoresist übertragen, um eine Positiv- Photoresistmusterschicht 8 zu bilden. Daraufhin wird die freigelegte schie­ bende lichtdurchlassende Schicht 4 durch Trockenätzen entfernt, wobei die Positiv-Photoresistmusterschicht 8 als Maske benutzt wird, wie in Fig. 2b gezeigt.

Wie in Fig. 2c gezeigt, wird die halbtransparente Schicht 7 durch die entfern­ te schiebende lichtdurchlassende Schicht 4 naßgeätzt, um eine halbtranspa­ rente schiebende Schicht 9 zu bilden. Wie in Fig. 2d gezeigt, wird die Posi­ tiv-Photoresistmusterschicht 8 entfernt, um die Herstellung einer Phasen­ schiebemaske abzuschließen.

Wie erwähnt, schiebt die herkömmliche Phasenschiebemaske eine Phase von einfallendem Licht von der schiebenden lichtdurchlassenden Schicht um 180° um abschwächende Interferenz mit einfallendem Licht von einer gewöhnli­ chen lichtdurchlassenden Schicht zu erhalten. Infolge der Interferenz weist die Phasenschiebemaske verglichen mit einer gewöhnlichen Maske eine hohe Auflösung und Schärfentiefe auf.

Bei der herkömmliche Phasenschiebemaske bestehen jedoch einige Probleme. Zunächst ist es schwer, die Dicke und Breite der schiebenden lichtdurchlas­ senden Schicht infolge eines Unterschneidungsphänomens beim Naßätzen der schiebenden lichtdurchlassenden Schicht oder der halbtransparenten Schicht einzustellen. Infolge einer geringen Adhäsion zwischen der schiebenden lichtdurchlassenden Schicht und der schiebenden Lichtabschirmschicht (oder halbtransparenten Schicht) ist außerdem ein präziser Phasenschiebeeffekt schwerlich zu erwarten. Ferner ist es schwierig, eine einheitliche Phasen­ schiebemaske zu erhalten infolge einer Beschädigung der Platte, die durch den Ätzprozeß der entsprechenden Schicht bewirkt wird. Schließlich ist es wahrscheinlich, den Kanteneffekt der RIM-Schiebeschicht zu reduzieren, falls ein empfindliches organisches Material als schiebende lichtdurchlässige Schicht verwendet wird.

Dementsprechend ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebemaske gerichtet, das im wesentlichen ein oder mehrere der Probleme infolge der Begrenzungen und Nachteile des Standes der Technik beseitigt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebemaske bereitzustellen, in der einfallendes Licht von ei­ nem Öffnungsbereich durch einen Phasenschiebeeffekt einer halbtransparen­ ten Schicht wirksam erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1a bis 1d Schnitte einer herkömmlichen Phasenschiebemaske zur Veran­ schaulichung von einzelnen Schritten des Herstellungsprozes­ ses,

Fig. 2a bis 2d Schnitte durch eine andere herkömmliche Phasenschiebemaske zur Veranschaulichung einzelner Schritte des Herstellungspro­ zesses,

Fig. 3a bis 3h Schnitte durch eine Phasenschiebemaske nach der vorliegen­ den Erfindung zur Veranschaulichung von Schritten des ent­ sprechenden Herstellungsverfahrens und

Fig. 4a bis 4f Schnitte durch eine andere Phasenschiebemaske nach der vor­ liegenden Erfindung zur Veranschaulichung von Verfahrens­ schritten zur deren Herstellung.

Eine erfindungsgemäße Phasenschiebemaske wird ausgebildet durch Erhöhen eines Kanteneffekts einer RIM-Schiebeschicht zur Zeit einer Belichtung eines Wafers und Ausführen einer Selbstausrichtung der RIM-Schiebeschicht auf beiden Seiten einer lichtabschirmenden Musterschicht (oder halbtransparen­ ten Musterschicht).

Wie in Fig. 3a gezeigt, werden eine Ätzschutzschicht 32, eine Polysilizium­ schicht 33 und eine erste Oxidschicht 34, die als eine erste lichtdurchlassende Schicht benutzt wird, sequentiell auf einem transparenten Substrat 31 abge­ schieden. Die Ätzschutzschicht 32 bzw. die Polysiliziumschicht 33 werden als Endpunkt beim nächsten Ätzprozeß bzw. als lichtabschirmende Schicht benutzt. Danach wird ein Positiv-Photoresist auf der ersten Oxidschicht 34 abgeschieden und Elektronenstrahlen werden selektiv aufgestrahlt, um eine Positiv-Photoresistmusterschicht 35 zu bilden.

Wie in Fig. 3b gezeigt, wird eine lichtdurchlassende Musterschicht 36 durch selektives Entfernen der freigelegten ersten Oxidschicht 34 unter Benutzung der Positiv-Photoresistmusterschicht 35 als Maske ausgebildet. Dann werden die freigelegte Polysiliziumschicht 33 und die Positiv- Photoresistmusterschicht 35 sequentiell entfernt.

Wie in Fig. 3c gezeigt, werden Seitenteile der verbliebenen Polysilizium­ schicht 33 in einer O₂-Umgebung oxidiert, um eine lichtabschirmende Mu­ sterschicht 40 (nicht oxidiert) zu bilden. Auf beiden Seiten der lichtabschir­ menden Musterschicht 40 ist eine lichtdurchlassende Wärmeoxidations- Musterschicht 37 (oxidiert) gebildet. Dann wird ein Negativ-Photoresist auf den ganzen Abschnitten ab geschieden.

Wie in Fig. 3d dargestellt, wird der Negativ-Photoresist 38 eines lichtab­ schirmenden Abschnitts 40 durch Ausführen einer rückwärtigen Belichtung ohne Benutzung einer Maske entfernt. Der Negativ-Photoresist 39 eines licht­ durchlassenden Abschnitts verbleibt wie er ist. Danach werden einige Ab­ schnitte der lichtdurchlassenden Musterschicht 36 und der lichtabschirmen­ den Musterschicht 40 geätzt, wie in Fig. 3e gezeigt, um eine Schiebeschicht 41 zu bilden.

Wie in Fig. 3f gezeigt, werden der Negativ-Photoresist 39 eines lichtdurch­ lassenden Abschnitts und die gesamten Abschnitte der freigelegten Ätz­ schutzschicht 32 mittels eines Sputterprozesses mit Si beschichtet, das 1/10 Chrom enthält, so daß eine halbtransparente Schiebeschicht 42 gebildet ist. Eine zweite Oxidschicht 43 wird auf der halbtransparenten Schiebeschicht 42, die zwischen dem Negativ-Photoresist 39 des lichtdurchlassenden Abschnitts gebildet ist, durch einen Flüssigphasenwachstumsprozeß gebildet, wie in Fig. 3g gezeigt. Schließlich werden, wie in Fig. 3h gezeigt, der verbleibende Ne­ gativ-Photoresist 39 des lichtdurchlassenden Abschnitts und die darauf lie­ gende halbtransparente Schiebeschicht 42 entfernt. Dann ist die Herstellung der Phasenschiebemaske mit einer RIM-Schiebeschicht auf beiden Seiten der halbtransparenten Schiebeschicht 42 abgeschlossen.

Eine andere Phasenschiebemaske nach der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 4a bis 4f beschrieben. Zunächst werden, wie in Fig. 4a ge­ zeigt, eine Ätzschutzschicht 32, eine Polysiliziumschicht 33 und eine erste Oxidschicht 34, die als lichtdurchlassende Schicht benutzt wird, sequentiell auf einem transparenten Substrat 31 ab geschieden. Die Ätzschutzschicht bzw. die Polysiliziumschicht 33 werden als Endpunkt im nächsten Ätzprozeß bzw. als lichtabschirmende Schicht benutzt.

Daraufhin wird auf der ersten Oxidschicht 34 ein Positiv-Photoresist abge­ schieden und Elektronenstrahlen werden selektiv aufgestrahlt, um eine Posi­ tiv-Photoresistmusterschicht 35 zu bilden. Wie in Fig. 4b dargestellt, wird eine lichtdurchlassende Musterschicht 36 durch selektives Entfernen der frei­ gelegten ersten Oxidschicht 34 unter Benutzung der Positiv- Photoresistmusterschicht 35 als Maske gebildet. Dann werden die freigelegte Polysiliziumschicht 33 und die Photoresistmusterschicht 35 nacheinander ent­ fernt.

Wie in Fig. 4c gezeigt, werden Seitenteile der verbliebenen Polysilizium­ schicht 33 in einer O₂-Umgebung oxidiert, um eine lichtabschirmende Mu­ sterschicht 40 (nicht oxidiert) zu bilden. Auf beiden Seiten der lichtabschir­ menden Musterschicht 40 ist eine lichtdurchlassende Wärmeoxidations- Musterschicht 37 (oxidiert) gebildet. Dann werden Negativ-Photoresists auf allen Abschnitten abgeschieden. Wie in Fig. 4d gezeigt, wird der Negativ- Photoresist 38 eines Lichtabschirmabschnitts durch Ausführen einer rück­ wärtigen Belichtung ohne Benutzung einer Maske entfernt. Der Negativ- Photoresist 39 eines lichtdurchlassenden Abschnitts verbleibt wie er ist.

Danach werden einige Abschnitte der lichtdurchlassenden Musterschicht 36, die durch Entfernen des Negativ-Photoresists 38 des lichtabschirmenden Ab­ schnitts freigelegt sind, geätzt, wie in Fig. 4e gezeigt. Wie in Fig. 4f gezeigt, werden einige Abschnitte der lichtabschirmenden Musterschicht 40 unter Be­ nutzung des Negativ-Photoresists 39 des lichtdurchlassenden Abschnitts als Maske wärmeoxidiert, um eine zweite Oxidschicht 43 zu bilden.

Schließlich wird der Negativ-Photoresist 39 des lichtdurchlassenden Ab­ schnitts entfernt. Dann ist eine halbtransparente Schiebeschicht durch die lichtabschirmende Musterschicht 40 und die darauf liegende zweite Oxid­ schicht 43 gebildet. Eine RIM-Schiebeschicht befindet sich auf beiden Seiten der halbtransparenten Schiebeschicht. Die Herstellung der Phasenschiebe­ maske mit der halbtransparenten Schiebeschicht und der RIM-Schiebeschicht ist somit abgeschlossen.

Die Phasenschiebemaske nach der vorliegenden Erfindung weist die folgen­ den Vorteile auf. Zunächst verhindern präzise Verfahrensschritte entspre­ chend der Selbstausrichtung der RIM-Schiebeschicht zu beiden Seiten der halbtransparenten Schiebeschicht Fehler und Defekte infolge des Ätzprozesses. Somit kann eine gleichmäßige Phasenschiebemaske hergestellt werden. Da obere Abschnitte der RIM-Schiebeschicht im voraus gebildet werden, ist des daneben leicht, die Kanten der RIM-Schiebeschicht zu justieren.

Außerdem wird ein zusätzlicher Naßätzprozeß nicht benötigt, da die Schiebe­ schicht zusammen mit der halbtransparenten Schicht gebildet ist. Folglich tritt ein Unterschneidungsphänom nicht auf, wenn die halbtransparente Schicht gebildet wird, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbes­ sert wird. Schließlich werden die Verfahrensschritte vereinfacht, da die halb­ transparente Schicht durch teilweise Oxidation von Polysilizium gebildet werden kann.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebemaske mit folgenden Schritten:

• - Sequentielles Ausbilden einer Ätzschutzschicht (32), einer lichtab­ schirmenden Schicht (33) und einer lichtdurchlassenden Schicht (34) auf einem transparenten Substrat (31),
• - Ausbilden einer Vielzahl von Phasenschiebebereichen und Festlegen entsprechender offener Bereich zwischen den jeweiligen Phasenschie­ bebereichen,
• - Ätzen der lichtdurchlassenden Schicht ausgenommen der Phasen­ schiebebereiche, um eine lichtdurchlassende Musterschicht (36) zu bilden,
• - Ätzen der lichtabschirmenden Schicht unter Benutzung der lichtdurch­ lassenden Musterschicht als Maske und teilweises Oxidieren einer Seite der verbliebenen lichtabschirmenden Schicht, um eine lichtab­ schirmende Musterschicht und eine lichtdurchlassende Wärmeoxidati­ ons-Musterschicht zu bilden,
• - Abscheiden eines Negativ-Photoresists auf der gesamten lichtdurch­ lassenden Musterschicht und der freigelegten Ätzschutzschicht (32),
• - Entfernen des Negativ-Photoresists auf einem oberen Abschnitt der lichtabschirmenden Schicht durch Ausführen einer rückwärtigen Be­ lichtung ohne eine Maske,
• - Ausbilden einer RIM-Schiebeschicht (41), die der Reihenfolge nach aus der lichtdurchlassenden Wärmeoxidations-Musterschicht und der darauf liegenden lichtdurchlassenden Musterschicht gebildet ist, in den Phasenschiebebereichen ausgenommen der lichtabschirmenden Musterschicht unter Benutzung des verbliebenen Negativ-Photoresists als Maske, und
• - Ausbilden einer Halbtonschicht auf dem freiliegenden Phaseschiebe­ bereich durch Ausführen einer Selbstausrichtung mit dem verbliebe­ nen Negativ-Photoresist und Entfernen des verbliebenen Negativ- Photoresists.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzschutz­ schicht (32) SnO₂ enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlassende Musterschicht (36) SiO₂ enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtabschirmende Schicht (33) ein Material zur Wärmeoxidation enthält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lichtabschirmende Schicht (33) ein Si enthaltendes Material enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halbtonschicht (42) einen Lichttransmissionsgrad von 5 bis 30% aufweist, durch Aufbringen einer Oxidschicht auf eine halb­ transparente Schiebeschicht, die durch Ausführen eines Flüssigphasen­ wachstums auf der halbtransparenten Schiebeschicht bei einer Tempera­ tur von etwa 30°C gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbtonschicht durch Ausbilden einer Oxidschicht durch Wär­ meoxidation der lichtabschirmenden Schicht auf der lichtabschirmenden Schicht einen Lichttransmissionsgrad von 5 bis 30% aufweist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dicke d der RIM-Schiebeschicht d = λ/2 (n-1) ist, wo­ bei λ eine Wellenlänge einer Belichtungsquelle und n der Brechungsin­ dex der RIM-Schiebeschicht sind.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausbildung der lichtdurchlassenden Musterschicht fol­ gende Schritte umfaßt:

• - Abscheiden eines Positiv-Photoresists auf der lichtdurchlassenden Schicht (34),
• - Ausbilden einer Positiv-Photoresistmusterschicht durch selektives Aufstrahlen eines Elektronenstrahls auf das Positiv-Photoresist, und
• - Entfernen der freigelegten lichtdurchlassenden Schicht unter Benut­ zung der Positiv-Photoresistmusterschicht.