DE19919958A1

DE19919958A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE19919958A1
Application number: DE19919958A
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Ichikawa; Hiroshi Ogawa
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 1998-05-01
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 1999-11-04
Also published as: TW423047B; KR19990087968A; JPH11317395A; CN1134826C; CN1234602A; KR100326954B1; JP3185871B2; US6248669B1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung umfaßt die Ausbildung eines zusammengesetzten Films, der geätzt werden soll, auf einem Basissubstrat. Der zusammengesetzte Film enthält Stickstoffatome, ist aber in seinem Oberflächenbereich im wesentlichen frei von Stickstoffatomen. Das Verfahren umfaßt ferner die Ausbildung eines chemisch verstärkten Fotoresistfilms auf dem zusammengesetzten Film, das Belichten des Fotoresistfilms gemäß vorgegebenen Mustern, das Entwickeln des Fotoresistfilms zur Ausbildung eines gemusterten Films und das Ätzen des zusammengesetzten Films, wobei der gemusterte Fotoresistfilm als Maske dient. Mit diesem Verfahren kann eine hohe Fertigungsrate erzielt werden, und die Deaktivierung der bei der Resistbelichtung erzeugten Säureprotonen kann unterdrückt werden, und zwar auch dann, wenn der Belichtung eine längere Lagerzeit vorausgeht oder wenn der Fotoresist rekonstruiert werden muß.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen und insbesondere auf ein solches Verfahren, welches einen Musterungsprozeß unter Verwendung eines chemisch verstärkten Fotoresists um faßt.

Mit zunehmender Integration von Halbleitervorrichtungen, wie z. B. LSI-Vorrichtungen und dergleichen, müssen in die sen LSI-Vorrichtungen immer feinere innere Leiter, Elektro den und dergleichen ausgebildet werden. Beispielsweise bei dynamischen Speichern mit Wahlzugriff (DRAM) wird bei einem 64-Megabit-DRAM eine 0,35 µm-Teilung und bei einem 256-Me gabit-DRAM der nächsten Generation eine 0,25 µm-Teilung verwendet. Um solchen Miniaturisierungsanforderungen zu ge nügen, wird für die Lithographie zur Ausbildung von LSI-Mu stern eine Belichtungs-Lichtquelle mit kürzerer Wellenlänge benötigt. Deswegen werden neuerdings anstelle von üblichen Quecksilberlampen, die ein Hochenergie-Emulsionslinienspek trum mit einer g-Linie (436 nm), einer i-Linie (365 nm) und dergleichen aufweist, neuerdings Excimerlaser mit KrF (248 nm), ArF (193 nm) und dergleichen eingeführt.

Bei Verwendung solcher Excimerlaser können die üblichen Fo tolacke für eine i-Linienbelichtung wegen ihrer geringen Durchlässigkeit nicht verwendet werden. Deshalb wurden neue Materialien, wie z. B. Polyhydroxystyrol (PHS) entwickelt. Ferner wurden wegen der niedrigen Lichtstärke der Excimer laser chemisch verstärkte Fotolacke entwickelt, durch die man einen Fotoresist mit hoher Empfindlichkeit erhält. Wenn ein chemisch verstärktes Fotoresist belichtet wird, werden Säureprotonen (H⁺) von einem Fotosäuregenerator in dem Fo toresist erzeugt. Bei einem chemisch verstärkten Fotoresist vom positiven Typ diffundiert die Säure in dem Fotoresist, wenn dieser nach der Belichtung erhitzt wird, wodurch das Resistharz in den belichteten Bereichen in einem Entwickler löslich wird, so daß Muster gebildet werden können. Wenn der chemisch verstärkte Fotoresist vom negativen Typ ist, dient die Säure als ein Katalysator für eine Vernetzungsre aktion und macht die belichteten Bereiche des Resists in dem Entwickler unlöslich, um eine Musterbildung zu ermögli chen.

Als Material für elektrische Verdrahtungen und Elektroden werden metallische Materialien, wie z. B. Aluminium (Al) oder dergleichen, hauptsächlich verwendet, die eine hohe Reflektivität haben. Wenn jedoch der Fotoresist direkt auf solchen Materialien aufgebracht wird, so entsteht das Pro blem, daß die gebildeten Muster aufgrund der Lichtreflexion von den metallischen Materialien deformiert werden. Deshalb wird allgemein ein Prozeß zur Reflexionsreduzierung ange wendet, bei dem ein Film aus Titannitrid oder dergleichen auf den metallischen Materialien ausgebildet wird. Auch wenn eine LOCOS-Oxidation durchgeführt werden soll, um iso lierende Bereiche zwischen Elementen zu bilden, muß ein Si liziumnitridfilm oder Siliziumoxynitridfilm selektiv auf den Bereichen abgeschieden werden, die nicht oxidiert wer den sollen. Hierzu wird bisher der Siliziumnitridfilm oder Siliziumoxynitridfilm auf der gesamten Oberfläche eines Substrats ausgebildet und darauf direkt der Fotoresist auf gebracht und belichtet. Bei solchen Materialien, die Stick stoffatome enthalten, existieren jedoch einsame Paare (ein same Elektronenpaare). Wenn ein chemisch verstärkter Foto resist auf solchen Materialien aufgebracht und dann mit einem Excimerlaser mit KrF oder dergleichen belichtet wird, dann werden die erzeugten Säureprotonen von den einsamen Elektronenpaaren eingefangen und es tritt eine Säuredeakti vierung auf, so daß es unmöglich wird, die gewünschten Mu ster ordnungsgemäß auszubilden. Als Folge erhält man bei Verwendung eines Resists vom positiven Typ die sog. Bö schungsbildung (skirt trailing), bei dem eine Öffnung in ihrem Bodenbereich enger als in ihrem oberen Bereich, oder Bereiche, die Öffnungen werden sollen, nicht völlig durch drungen und die Resistmuster nicht getrennt und aufgelöst werden. Wenn dagegen ein Fotoresist vom negativen Typ ver wendet wird, erhält man das Phänomen des Einwachsens oder Einschnürens, bei dem der Querschnitt einer Öffnung im un teren Bereich an der Grenze zu einer Trägerfläche größer wird als in den übrigen Bereichen der Öffnung.

Um diese Probleme bei Verwendung von chemisch verstärktem Fotoresist zu lösen, ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-217555 vom 12. September 1994 (japanische Offenle gungsschrift Nr. 8-83786 vom 26. März 1996) ein Musterbil dungsverfahren beschrieben, bei dem nach der Ausbildung ei ner Siliziumoxidschicht oder Siliziumoxynitridschicht ein chemisch verstärker Resist aufgebracht und dann belichtet und entwickelt wird, um die Siliziumoxidschicht oder die Siliziumoxynitridschicht auf der Oberfläche der Siliziumni tridschicht auszubilden. Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Naßbehandlung mit einer Säurelösung auf die Siliziumnitridschicht angewendet wird. Da jedoch bei diesem Verfahren das Aufbringen einer neuen Schicht einen separa ten Prozeß oder eine separate Vorrichtung erfordert oder ein Naßverfahren mit einer entsprechenden Vorrichtung benö tigt wird, kann das Herstellungsverfahren kompliziert und die Produktivität beeinträchtigt werden.

Ferner wird in der japanischen Patentanmeldung Nr. 8-64360 vom 21. März 1996 (japanische Offenlegungsschrift Nr. 9-260246 vom 3. Oktober 1997) eine Technik beschrieben, bei der mittels einer Filmbildungsvorrichtung, die eine Film bildungskammer und daran anschließend eine Veraschungskam mer enthält, eine Veraschung kontinuierlich nach der Bil dung eines Nitridfilms durchgeführt wird, um auf dem Ni tridfilm einen chemisch verstärkten Resistfilm auszubilden, dessen Qualität an der Oberfläche verbessert oder modifi ziert ist. In dieser Veröffentlichung ist beschrieben, daß mittels dieser Technik das Auftreten von einsamen Paaren an der Oberfläche des Nitridfilms vermieden oder verringert werden kann, so daß die Erscheinung, daß bei der Belichtung gebildete Säureprotonen durch die einsamen Paare ver schluckt werden, vermieden wird.

Bei den üblichen Herstellungsverfahren erfolgt das Aufbrin gen und Belichten des Resists nicht immer sofort nach der Bildung des Nitridfilms, sondern häufig einen bis mehrere Tage nach der Filmbildung, aufgrund der chargenweisen Be handlung der Halbleiterwafer. Wenn die Qualität der Ober fläche des Nitridfilms modifiziert wird, wie in der genann ten japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9-260246, oder ähn lich, und wenn die Wafer dann vor dem Belichtungsvorgang längere Zeit gelagert oder stehengelassen werden, dann wird die Wirksamkeit der Oberflächenmodifizierung verschlech tert. Auch kommt es vor, daß einmal ausgebildete Resistmu ster den vorgeschriebenen Präzisionstoleranzen hinsichtlich Abmessung und Anwendung der Muster nicht genügen. In diesem Fall muß dann eine Rekonstruktion durchgeführt werden, bei der der Resist entfernt und ein neuer Resist auf dem Wafer aufgebracht wird und anschließend die Belichtung und Ent wicklung, wie beschrieben, erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung zu schaffen, bei dem Foto resistmuster mit verbessertem chemischem Profil erhalten werden können, wenn Muster mittels chemisch verstärktem Fo toresist gebildet werden, der auf einer Schicht aufgebracht wird, die geätzt wird und die Stickstoffatome enthält. Ins besondere sollen die Erscheinungen der Böschungsbildung oder der Einschnürung bei dem Lithographieprozeß vermieden werden. Dies soll erreicht werden, ohne daß das Herstel lungsverfahren komplizierter wird oder die Produktionsrate verringert wird. Dabei soll insbesondere das Phänomen der Deaktivierung von Säureprotonten, die bei der Belichtung des chemisch verstärkten Fotoresists entstehen, unterdrückt werden. Dies soll auch dann erreicht werden, wenn der Be handlung des Fotoresists eine längere Lagerzeit vorangeht oder wenn eine Rekonstruktion des Wafers erforderlich ist.

Bei der Erforschung dieser Probleme haben die Erfinder ge funden, daß das Problem gelöst werden kann, wenn bei der Bildung eines Films, wie z. B. Titannitridfilm oder Sili ziumnitridfilm, der anschließend geätzt werden soll, die Filmbildung so erfolgt, daß im Endstadium der Filmbildung bzw. wenn der Oberflächenbereich des Films gebildet wird, im wesentlichen keine Stickstoffatome in den Film einge bracht werden.

Die Erfindung sieht somit ein Verfahren zur Herstellung ei ner Halbleitervorrichtung vor, mit den Schritten: Vorsehen eines Basissubstrats; Bilden eines zusammengesetzten Filmes für das Ätzen, der Stickstoffatome enthält, auf dem Basis substrat, wobei der Anteil von Stickstoffatomen in der Nähe der oberen Oberfläche des zusammengesetzten Filmes deutlich kleiner ist als in den übrigen Bereichen des Films; Auf bringen eines chemisch verstärkten Fotoresistfilms auf dem zusammengesetzten Film; Belichten des chemisch verstärkten Fotoresistfilms selektiv gemäß vorgegebenen Mustern; Ent wicklung und Musterbildung des belichteten chemisch ver stärkten Fotoresistfilms; und Ätzen mindestens des zusam mengesetzten Films, wobei der gemusterte Fotoresist als Maske dient.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnun gen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1A bis 1C schematische Teilquerschnitte durch einen Teil eines Substrats einer Halbleitervorrichtung zur Darstellung des Verfahrens zur Bildung eines zusammengesetzten Films zum Ätzen, der Stickstoff atome enthält.

Fig. 2 einen Graphen für einen beispielsweisen Verlauf des Stickstoffgehaltes in dem zusammengesetzten Film, dessen Zusammensetzung sich kontinuierlich oder schrittweise von einem TiN-Film in einen Ti-Film in einem Prozeß der Filmbildung ändert.

Fig. 3 einen schematischen Teilquerschnitt eines Teils ei ner Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen schematischen Teilquerschnitt eines Teils ei ner Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 5 einen schematischen Teilquerschnitt eines Teils ei ner Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Aus führungsform der Erfindung; und

Fig. 6 einen schematischen Teilquerschnitt eines Teils ei ner Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Aus führungsform der Erfindung.

Gemäß der Erfindung wird ein zusammengesetzter Film, der geätzt werden soll und Stickstoffatome enthält, so herge stellt, daß im Bereich der Oberfläche, auf der anschließend ein chemisch verstärkter Resist für den anschließenden Ätz- Prozeß aufgebracht wird, im wesentlichen keine Stickstoff atome enthalten sind. Dadurch kann das Einfangen der bei der Belichtung des chemischen verstärkten Fotoresists er zeugten Säureprotonen durch einsame Paare in den Stick stoffatomen unterdrückt werden.

Insbesondere sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Stickstoffatome enthaltender Bereich und ein Bereich, der keine Stickstoffatome enthält, durch einen Übergangsbe reich verbunden, in welchem der Anteil der Stickstoffatome beispielsweise kontinuierlich abnimmt, so daß die Haftung beider Bereiche verbessert wird. Auf diese Weise kann ins besondere ein Film mit verbesserten Rekonstruktionseigen schaften gebildet werden. Der Bereich mit Stickstoffatomen, der Bereich ohne Stickstoffatome und der dazwischenliegende Übergangsbereich können dadurch gebildet werden, daß bei der Ausbildung des Nitridfilms beispielsweise nach einem Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen, die Zuführungsrate des als Stickstoffquelle in eine Kammer eingeführten Ni tridgases, wie z. B. NH₃ oder N₂, fortschreitend verringert wird. Somit können diese Bereiche innerhalb der gleichen Kammer gebildet werden und die Produktivität wird nicht be einträchtigt.

Gemäß der Erfindung wird der Stickstoffgehalt in dem zu ätzenden, zusammengesetzten Film so gesteuert, daß an der Oberfläche, auf die der chemisch verstärkte Resist aufge bracht wird, im wesentlichen keine Stickstoffatome enthal ten sind. Der von Stickstoffatomen freie Bereich sollte eine Dicke von 5 nm oder mehr haben, um eine Säuredeakti vierung durch das Einfangen der Säureprotonen durch Einzel paare zu vermeiden und die Vorteile der Erfindung zu erzie len. Der obere Grenzwert der Dicke ist nicht speziell fest gelegt und kann jeden geeigneten Wert haben. Wenn der zu ätzende zusammengesetzte Film eine bestimmte Funktion haben soll, z. B. als Antireflexionsfilm, dann kann der von Stick stoffatomen freie Bereich bis nahezu zu der Dicke ausgebil det werden, bei der der Antireflexionseffekt nicht beein trächtigt wird. Die fortschreitende Abnahme des Stickstoff anteils in dem zusammengesetzten Film kann kontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Ferner ist es möglich, bei Be ginn der Filmbildung ohne Stickstoffzufuhr zu arbeiten, dann die Zuführmenge von Stickstoff fortschreitend zu erhö hen und danach die Zufuhrmenge von Stickstoff wieder zu re duzieren.

Auch ist es im Rahmen der Erfindung möglich, einen Bereich der mit dem Resist zu beschichtenden Oberfläche, die im we sentlichen keine Stickstoffatome enthält, in einer oxidie renden Umgebung thermisch zu oxidieren und dadurch an der Oberfläche einen Oxidfilm auszubilden. Auch kann bei der Verringerung des Anteils von Stickstoffatomen oxidierendes Gas in die Filmbildungsatmosphäre eingeführt werden, so daß Sauerstoffatome in dem Film eingeschlossen werden, um einen Oxidfilm an der Oberfläche zu bilden.

Beispiele

Die Erfindung wird anhand von Beispielen konkret beschrie ben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele be schränkt.

Beispiel 1

Das Verfahren gemäß diesem Beispiel wird anhand der schema tischen Querschnittsdarstellungen von Fig. 1A bis 1C be schrieben. Als Halbleitersubstrat wurde ein Si-Substrat 1 (Silizium) präpariert. Auf dem Si-Substrat 1 wurden der Reihe nach eine Zwischenschicht 2, wie z. B. SiO₂ oder der gleichen, und eine Aluminiumschicht 3 ausgebildet, wodurch ein Basissubstrat erhalten wurde. Es ist zu betonen, daß das Basissubstrat nicht auf eine solche Zusammensetzung be schränkt ist, sondern jedes Substrat sein kann, auf dem ein zusammengesetzter Film, der geätzt werden soll und minde stens zum Teil Stickstoffatome enthält, gebildet wird. Auf der Aluminiumschicht 3 wurde als Ätzschicht ein zusammenge setzter Film 4 (Fig. 1A), der TiN enthält, durch ein Gleichstrom-Magnetron-Sputterverfahren mit einem Ti-Target aufgebracht. Die Verfahrensbedingungen waren wie folgt:
Hochfrequenzleistung: 5 KW
Stärke des Vakuums: 4 mTorr
Zuführrate von Argongas (Ar): 20 sccm
Zuführrate von Stickstoffgas (N₂): 20-0 sccm
Dicke des gebildeten Films: 30 nm.

Bei diesem Verfahren wurde bei der Bildung des zusammenge setzten Films die Strömungsrate des Stickstoffgases fort schreitend verringert und im Endstadium wurde kein Stick stoffgas zugeführt. Dabei wurde, wie in Fig. 1B gezeigt, die Strömungsrate von Stickstoffgas so eingestellt, daß zu Beginn der Filmbildung ein TiN-Film 4 mit einer Dicke von 10 nm, auf diesem dann ein Übergangsbereich 5 von TiN zu Ti mit einer weiteren Dicke von 10 mm und darauf ein Ti-Film 6 mit einer restlichen Dicke von 10 nm ausgebildet wurde. Der zusammengesetzte Film kann auf diese Weise kontinuierlich in einem Prozeß durch Einstellung der Gasströmungsrate wäh rend der Filmbildung hergestellt werden. Der Herstellungs prozeß für den zusammengesetzten Film wird somit nicht zu sätzlich kompliziert.

Auf den so hergestellten, zu ätzenden zusammengesetzten Film wurde ein chemisch verstärkter Fotoresistfilm vom po sitiven Typ aufgebracht und eine Musterbelichtung durch se lektives Bestrahlen mit Licht eines KrF-Excimerlasers (248 nm) durchgeführt. Danach wurde in bekannter Weise eine Wär mebehandlung und ein Entwicklungsprozeß zum Entfernen der belichteten Bereiche des Fotoresists durchgeführt. Dabei ist zu beachten, daß die Aufbringung des Fotoresists auch dann noch durchgeführt werden kann, wenn das Halbleitersub strat nach dem Bilden des Zusammengesetzten Films z. B. 4 oder 5 Tage lang stehengelassen oder gelagert worden ist.

Bei der Untersuchung der Querschnittsform der so herge stellten Resistmuster 7 unter einem Mikroskop wurde festge stellt, daß eine Böschungsbildung, das heißt eine geringere Breite im unteren Bereich einer Öffnung als im oberen Be reich, praktisch nicht auftrat und einwandfreie Muster ge bildet werden, wie in Fig. 1C dargestellt.

Anschließend wurden die so gebildeten Resistmuster entfernt und die Aufbringung von Resist sowie seine Belichtung und Entwicklung wurden erneut durchgeführt. Auch hierbei trat Abböschung nicht auf. Diese Rekonstruktion wurde mehrere Male wiederholt, wobei jedesmal einwandfreie Resistmuster gebildet wurden.

Wenn mit Resistmustern mit einem derartigen verbesserten Querschnittsprofil ein Ätzen des zusammengesetzten Films (TiN-Film 4, Übergangsbereich 5 und Ti-Film 6) und des Alu miniumfilms 3 durchgeführt wird, können Verdrahtungsmuster oder Elektrodenmuster mit exakt vorgegebenen Positionen und Abmessungen gebildet werden.

Bei dem beschriebenen Beispiel wurde zwischen dem TiN-Film und dem Ti-Film ein Übergangsbereich von TiN zu Ti ausge bildet. Der gleiche Effekt kann aber auch mit einem Schichtaufbau erhalten werden, bei dem der Übergangsbereich nicht ausgebildet wird, sondern der TiN-Film direkt in den Ti-Film umschlägt. Zum Beispiel wurde nach Bildung eines TiN-Films mit einer Dicke von 20 nm die Zufuhr von Stick stoffgas gestoppt und die Kammer einmal evakuiert. Danach wurde auf dem TiN-Film ein Ti-Film mit einer Dicke von 10 nm ausgebildet und ein entsprechender Effekt erhalten.

Es ist auch möglich, das Verfahren so durchzuführen, daß vor dem Unterbrechen der Stickstoffgaszufuhr in die Kammer die angelegte HF-Leistung vermindert und nach der Evakuie rung die vorgegebene Leistung wieder hergestellt wird, so daß ein abrupter Übergang der Filmbildung von TiN-Film auf Ti-Film erfolgen kann, ohne dazwischen einen Übergangsbe reich auszubilden. Auch kann der Prozeß ohne die gewählte Evakuierung durchgeführt werden, nämlich mit einer kontinu ierlichen Filmbildung, nachdem das in der Kammer verblie bene Stickstoffgas verbraucht ist. Hierbei wird nur ein ge ringfügiger Übergangsbereich von TiN zu Ti gebildet, der beschriebene Effekt stellt sich aber auch in diesem Fall ein.

Wenn, wie bei diesem Beispiel, der zusammengesetzte Film als Antireflexionsfilm auf einem Aluminiumleiter ausgebil det wird, beträgt die Dicke des zusammengesetzten Films etwa 35 bis 30 nm. Wenn der zusammengesetzte Film z. B. mit einer Dicke von 50 nm ausgebildet wird, wie in Fig. 2 ge zeigt, wird vom Beginn der Filmbildung an ein TiN-Film 4 bis zu einer Dicke von etwa 20 bis 30 nm ausgebildet und anschließend wird der Anteil von Stickstoffatomen kontinu ierlich verringert. Schließlich bildet sich nahe der oberen Oberfläche ein von Stickstoffatomen freier Ti-Film 6 (in der Zeichnung ungefähr 5 nm).

Wenn ein TiN-Ti-Übergangsbereich nicht ausgebildet wird, indem z. B. nach der Bildung des TiN-Films die Stickstoff gaszufuhr gestoppt und die Kammer evakuiert wird, um die Ti-Schicht in Argonatmosphäre zu bilden, kann ein TiN-Film von etwa 40 nm Dicke und ein Ti-Film von etwa 10 nm Dicke ohne Unterbrechung ausgebildet werden, wie durch die ge strichelte Linie in Fig. 2 angedeutet.

Beispiel 2

Nach Ausbildung des zusammengesetzten Films gemäß Beispiel 1 wurde die Oberfläche des Film durch Wärmebehandlung in einem elektrischen Ofen thermisch oxidiert. Die Wärmebe handlung wurde in der Atmosphäre 5 Minuten lang bei einer Behandlungstemperatur von 500°C durchgeführt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wurde der TiN-Film 6 von seiner Oberfläche bis zu einer Dicke von 5 nm thermisch oxidiert und dabei ein TiO₂- Film 8 gebildet. Dem Fachmann ist bekannt, daß ein Ti-Film, der nach dem Sputtern bei Raumtemperatur aus der Filmbil dungskammer entnommen und lediglich der Luft ausgesetzt wird, bis zu einer Dicke von mehreren Nanometern oxidiert wird, wobei TiOx gebildet wird. Das so gebildete TiOx hat einen Sauerstoffanteil, der kleiner ist als der stöchiome trische Wert 2, und löst sich leicht ab. Wenn jedoch, wie beschrieben, ein TiO₂-Film durch thermische Oxidierung ge bildet wird, erhält man einen robusten Film, der ein ver bessertes Verhalten bei der Rekonstruktion des Fotoresists zeigt. Anschließend wurden die Beschichtung mit chemisch verstärktem Fotoresist, die Belichtung und die Entwicklung in beschriebener Weise durchgeführt und es wurden einwand freie Resistmuster wie im Beispiel l erhalten. Auch hier wurde die Rekonstruktion des Fotoresists mehrere Male wie derholt, wie im Beispiel 1, wobei jedoch keine Verschlech terung der Fotoresistmuster beobachtet wurde.

Beispiel 3

In dem Verfahren entsprechend Beispiel 1 wurde im Endsta dium Sauerstoffgas, aber kein Stickstoffgas in die Kammer eingeführt. Infolgedessen wurde auf dem TiN-Film 4 und dem Übergangsbereich 5 gemäß Fig. 4 ein TiO-Film 8 mit einer Dicke von 10 mm gebildet. Dieser Film wurde gebildet unter Einführung von Sauerstoff bei einer Strömungsrate von 20 sccm. Danach wurden, wie im Beispiel 1, die Beschichtung mit chemisch verstärktem Fotoresist, die Belichtung und die Entwicklung durchgeführt und es wurden einwandfreie Resist muster erhalten. Auch hier wurde die Rekonstruktion des Fo toresists mehrere Male wiederholt, wie im Beispiel 1, wobei keine Verschlechterung der Fotoresistmuster beobachtet wurde.

Beispiel 4

Anhand von Fig. 5 wird nun ein Beispiel für die Bildung ei nes zusammengesetzten Films, der einen SiN-Film enthält, als Ätzschicht z. B. auf einem Siliziumsubstrat als Basis substrat erläutert, und zwar zur Bildung eines Oxidfilms, der zur LOCOS-Isolierung dient. Der zusammengesetzte Film wurde mit einem Plasma-CVD-Verfahren hergestellt. Die Ver fahrensbedingungen waren wie folgt:
Mikrowellen-Leistung: 1 KW
Stärke des Vakuums: 5 Torr
Temperatur des Substrats: 400°C
Strömungsrate von Silangas (SiH₄): 350 sccm
Strömungsrate von Ammoniakgas (NH₃): 150 sccm
Strömungsrate von Stickstoffgas (N₂): 5000 sccm
Dicke des gebildeten Films: 200 nm.

Während der Bildung des zusammengesetzten Films wurde die Zuführungsmenge von Ammoniakgas und Stickstoffgas als Stickstoffquellen fortschreitend verringert und im Endsta dium wurden keine Stickstoffquellen eingeführt. Infolgedes sen wurden ein SiN-Film 9 von 160 nm Dicke, ein Übergangs bereich von 10 von SiN zu Si von 30 nm Dicke und ein Si- Film 11 von 10 nm Dicke gebildet. Es ist auch möglich, nach der Bildung des SiN-Films von vorgegebener Dicke die Zufüh rung der Stickstoffquelle zu stoppen und danach die Kammer zu evakuieren und Silangas in die Kammer einzuführen, so daß nach dem SiN-Film (190 nm) der Si-Film (10 nm) gebildet wird. Danach wurden die Beschichtung mit chemisch verstärk tem Fotoresist, die Belichtung und die Entwicklung entspre chend Beispiel 1 durchgeführt und einwandfreie Resistmuster erhalten. Auch wurde die Rekonstruktion des Fotoresists mehrere Male wiederholt, wie im Beispiel 1, wobei praktisch keine Verschlechterung der Fotoresistmuster beobachtet wurde.

Wenn mit Resistmustern mit einem solchen verbesserten Quer schnittsprofil das Ätzen des zusammengesetzten Films (SiN- Film 9, Übergangsbereich 10 und Si-Film 11) durchgeführt wird, ist es möglich, die Musterbildung des zusammengesetz ten Films präzise an vorgegebenen Stellen und mit vorgege benen Abmessungen durchzuführen. Nach Entfernen der Fotore sistmuster durch Veraschung oder dergleichen wird das Sili ziumsubstrat 1 selektiv oxidiert, wobei die Muster des zu sammengesetzten Films als Maske dienen, und hierdurch kann ein Oxidfilm für die LOCOS-Isolierung präzise an vorgegebe nen Stellen und mit vorgegebenen Abmessungen auf dem Sili ziumsubstrat 1 gebildet werden.

Wenn der SiN-Film gebildet wird, um einen Oxidfilm für LOCOS-Isolierung zu bilden, wird der Film typischerweise mit einer Dicke von 100 bis 300 nm hergestellt.

Beispiel 5

Dieses Beispiel wird anhand von Fig. 6 erläutert. Nach Aus bildung des zusammengesetzten Films entsprechend Beispiel 4 wurde die Strömungsrate von Silangas (SiH₄) auf 200 sccm geändert. Ferner wurde zusätzlich zu dem Ammoniakgas und Stickstoffgas, Distickoxidgas (N₂O) mit einer Strömungsrate von 100 sccm verwendet, um dann einen Siliziumoxynitridfilm zu bilden. Infolgedessen wurden, wie in Fig. 6 dargestellt, ein SiON-Film 12 von 160 nm Dicke, ein Übergangsbereich 13 von SiON zu SiO₂ von 30 nm Dicke und ein SiO₂-Film 14 von 10 nm Dicke gebildet. Es ist auch möglich, nach der Ausbil dung des SiON-Films von vorgegebener Dicke, die Einführung von Ammoniakgas und Stickstoffgas zu stoppen, danach die Kammer zu evakuieren und Silangas in die Kammer einzufüh ren, so daß nach dem SiON-Film (190 nm) der SiO₂-Film (10 nm) gebildet wird. Danach wurden, ähnlich wie im Beispiel 1, die Beschichtung mit chemisch verstärktem Fotoresist, die Belichtung und die Entwicklung durchgeführt und es wur den einwandfreie Resistmuster erhalten. Auch wurde die Re konstruktion des Fotoresists, wie im Beispiel 1, mehrere Male wiederholt, wobei praktisch keine Verschlechterung der Fotoresistmuster beobachtet wurden.

Bei den beschriebenen Beispielen erfolgte die Bildung des zusammengesetzten Films z. B. nach dem Magnetron-Sputterver fahren oder dem Plasma-CVD-Verfahren. Die Erfindung ist je doch nicht auf diese Verfahren beschränkt, sondern die Filmbildung kann nach anderen bekannten Verfahren durchge führt werden, bei denen die Einführung der Stickstoffquelle unabhängig gesteuert wird, beispielsweise thermische CVD- Verfahren, Vakuumverdampfung, MBE-Verfahren und derglei chen.

Bei den beschriebenen Beispielen wurde Fotoresist vom posi tiven Typ verwendet. Die vorteilhaften Effekte der Erfin dung können jedoch auch dann erreicht werden, wenn Fotore sist vom negativen Typ verwendet wird.

Wie erläutert, kann gemäß der Erfindung, wenn Muster herge stellt werden, mittels chemisch verstärktem Fotoresist, der auf dem zusammengesetzten Film aufgebracht wird, welcher geätzt wird und Stickstoffatome enthält, eine Beeinträchti gung der Produktionsrate vermieden werden und das Phänomen der Deaktivierung der bei der Resistbelichtung erzeugten Säureprotonen unterdrückt werden, und zwar auch dann, wenn zwischen der Bildung des zusammengesetzten Films und der Belichtung des Resists eine lange Lagerzeit liegt oder wenn eine Rekonstruktion erforderlich ist.

Die Erfindung wurde anhand von speziellen Ausführungsformen beschrieben. Der Durchschnittsfachmann erkennt jedoch, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb des in den Ansprüchen definierten Schutzumfangs der Erfindung mög lich sind. Beispielsweise kann der zusammengesetzte Film auch ausschließlich aus einem Übergangsbereich bestehen, in welchem der Anteil von Stickstoff vom Boden bis zur oberen Oberfläche des zusammengesetzten Film fortschreitend ab nimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind somit nur erläuternd und nicht einschränkend zu verstehen, und alle solchen Abänderungen sollen in den Schutzumfang der Erfin dung fallen. Die Erfindung umfaßt alle Abänderungen und Mo difikationen, die im Schutzumfang der Ansprüche liegen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, mit den Schritten:
Vorsehen eines Basissubstrates;
Ausbilden eines zusammengesetzten Films auf dem Basis substrat, welcher geätzt werden soll und welcher Stick stoffatome enthält, wobei der Zusammensetzungsanteil der Stickstoffatome nahe der oberen Oberfläche des zusammenge setzten Films deutlich kleiner ist als im übrigen Bereich des zusammengesetzten Films;
Ausbilden eines chemisch verstärkten Fotoresistfilms auf dem zusammengesetzten Film;
Belichten des chemisch verstärkten Fotoresistfilms se lektiv gemäß vorgegebenen Mustern;
Entwicklung und Musterbildung des belichteten chemisch verstärkten Fotoresistfilms; und
Ätzen mindestens des zusammengesetzten Film, wobei der gemusterte Fotoresistfilm als Maske dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zusammengesetzte Film kontinuierlich in einem einzigen Prozeß ausgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ausbildung des zusammengesetzten Films in der Weise erfolgt, daß der End phase der Ausbildung des Films keine Stickstoffatome in den Film eingeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in der Endphase der Bildung des zusammengesetzten Film in der Behandlungsatmo sphäre keine Stickstoffquellen vorhanden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Herstellung des zusammengesetzten Films die Zuführungsmenge von Stick stoffatomen in den Film von der Anfangsphase bis zur End phase der Bildungs des Films fortschreitend verringert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während der Bildung des zusammengesetzten Films die Menge von Stickstoffquellen in der Behandlungsatmosphäre von der Anfangs- bis zur End phase der Bildungs des Films fortschreitend verringert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Herstellung des zusammengesetzten Films zunächst Stickstoffatome in vorgegebener Menge in den Film eingeführt werden und dann in der Endphase der Bildung des Films die Zuführung von Stickstoffatomen gestoppt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei der Bildung des zusammengesetzten Films zunächst eine Stickstoffquelle in vorgegebener Menge in die Behandlungsatmosphäre eingeführt und in der Endphase der Filmbildung die Zuführung der Stickstoffquelle gestoppt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Basissubstrat mindestens einen Bereich mit einem Metallfilm aufweist und daß der zusammengesetzte Film auf dem Metallfilmbereich ausgebildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zusammengesetzte Film einen Bereich aus einem Titannitridfilm enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Film in dem Be reich nahe seiner oberen Oberfläche aus einem Titanfilm be steht, der im wesentlichen keine Stickstoffatome enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zusammengesetzte Film einen Siliziumnitridfilmbereich enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Filmbereich nahe der oberen Oberfläche des zusammengesetzten Films aus einem Siliziumfilm besteht, der im wesentlichen keine Stickstoffatome enthält.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zusammengesetzte Film einen Siliziumoxynitridfilmbereich enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Filmbereich nahe der oberen Oberfläche des zusammengesetzten Films aus einem Siliziumoxidfilm besteht, der im wesentlichen keine Stickstoffatome enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt der Wärmebehandlung des zusammengesetzten Films in einer oxi dierenden Atmosphäre und Ausbildung des chemisch verstärk ten Fotoresistfilms auf dem so wärmebehandelten zusammenge setzten Film.

17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in der Endphase der Bildung des zusammengesetzten Films eine Sauerstoffquelle in die Behandlungsatmosphäre eingeführt wird.