DE19937995C2 - Verfahren zur Strukturierung einer organischen Antireflexionsschicht - Google Patents
Verfahren zur Strukturierung einer organischen AntireflexionsschichtInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Strukturierung eines ARC-Polymers mittels DUV-Lithographie gefolgt von einem ARC Open-Ätzschritt und anschließender Ätzung der Metallschicht erfolgt. Es sollen ein geringer Lackverbrauch und somit steilere Lackflanken erreicht werden, indem das Ätzen der ARC-Polymer-Zwischenschicht durch einen CF¶4¶ ARC Open Prozeß mit hoher Selektivität zum Photoresist erfolgt. Die Gasflüsse betragen dabei CF¶4¶ 35-45 sccm, CHF¶3¶ 17-23 sccm, O¶2¶ 5-7 sccm und Ar 80-120 sccm.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strukturierung einer
organischen Antireflexionsschicht mittels DUV-Lithographie
gefolgt von einem ARC (anti reflecting coating layer) Open-Ätzschritt, wobei die Antirefle
xionsschicht unterhalb der Photoresistschicht als eine Zwi
schenschicht, bestehend aus einem organischem Polymer, ausge
bildet ist und wobei in einem nachfolgenden Schritt die Ät
zung der unter der Antireflexionsschicht befindlichen Metall
schicht erfolgt.
Halbleiterstrukturen sind üblicherweise mit einer Mehrebenen-
Metallisierung mit entsprechenden Leitbahnen ausgestattet,
die über vertikale Zwischenverbindungen miteinander und/oder
mit aktiven bzw. dotierten Elementen der Halbleiterstruktur
verbunden sind. Die Herstellung der Leitbahnen und der Zwi
schenverbindungen erfolgt in mehreren Prozeßschritten, die
Abscheide-, Strukturierungs- und Ätzschritte umfassen.
Ein übliches Verfahren zur Herstellung einer Zweiebenen-
Metallisierung besteht darin, zunächst eine Verbindung zu
einzelnen Funktionselementen der Halbleiterstruktur herzu
stellen. Dazu wird mit Hilfe eines photolithographischen Pro
zesses gefolgt von einem Ätzschritt eine Öffnung durch die
auf der Halbleiterstruktur befindliche Oxidschicht erzeugt,
so daß die Position der Zwischenverbindung in der ersten Me
tallisierungsebene festgelegt ist. Diese Öffnung, die sich
vertikal durch die Halbleiterstruktur erstreckt, wird an
schließend in einem Abscheideprozeß, z. B. einem CVD- oder
Sputter-Verfahren mit einer dünnen Haftschicht (auch als Li
ner bezeichnet), z. B. Titannitrid, und einem Metall, z. B.
Wolfram, gefüllt. Da der Abscheideprozeß nicht nur auf die
Öffnung begrenzt werden kann, sondern eine Abscheidung auf
der gesamten Oberfläche der Halbleiterstruktur erfolgt, muß
das überschüssige Metall auf der Oberfläche beispielsweise
durch einen sogenannten CMP-Prozeß (chemisch-mechanisches Po
lieren) oder durch Rückätzen entfernt werden. Anschließend
wird auf der vorhandenen Oxidschicht eine Metallisierung,
z. B. aus Aluminium, aufgebracht, die dann photolithographisch
strukturiert wird, um die gewünschte Leitbahnstruktur zu
schaffen. Das erfolgt durch Aufbringen eines Photoresists aus
dem photolithographisch eine Photoresist-Ätzmaske gebildet
wird, so daß dann durch die Ätzmaske geätzt werden kann und
schließlich die Leitbahnen übrigbleiben.
Hierfür wird standardmäßig ein Photolithographieverfahren
verwendet, bei dem unterhalb der Photoresistschicht eine or
ganische Zwischenschicht aus einem Polymer, d. h. eines ARC
(anti reflecting coating layer)-Polymers als Antirefle
xionsschicht, eingefügt ist, um während der Belichtung des
Photoresists Reflexionen auszuschließen und somit das reflek
tierte Licht zu minimieren und dadurch die Auflösung zu ver
bessern. Es handelt sich hier um einen Standard Photoprozeß
für sub-0,5 mm Technologien mit DUV-Belichtung.
Bei dem nach dem photolithographischen Schritt zur Ausbildung
der Photoresist-Ätzmaske erfolgenden Ätzen der unter der Zwi
schenschicht befindlichen Metallschicht führt diese Zwischen
schicht (ARC-Polymer) jedoch zu Problemen. Die ARC-
Polymerschicht wird bei dem photolithographischen Prozeß
nicht geöffnet. Deshalb muß der Ätzprozeß zur Strukturierung
der Leitbahnen mit einem ARC-Open-Ätzschritt (Polymer-Etch)
beginnen. Der zweite Schritt ist dann der Metallätzschritt
(normal Zweischrittprozeß).
Darüberhinaus muß eine gute ARC-Open-Ätzung verschiedene Vor
gaben erfüllen. Diese Vorgaben bestehen darin, einen geringen
Lackverbrauch zu realisieren, was angesichts der einander wi
dersprechenden Anforderungen an die Dicke des Photolacks
(Photoresist-Ätzmaske) durch den Ätzprozeß und die Photoli
thographie schwer zu realisieren ist. Für die Photolithographie
benötigt man eine möglichst dünne und für die Ätzung eine
möglichst dicke Lackschicht. Weiterhin muß eine gute
Maßhaltigkeit der Strukturen [d. h. gute CD(Critical
Dimension)-Performance] und Restefreiheit garantiert werden.
Für das Ätzen von ARC-Schichten werden beispielsweise N2, O2
oder N2, O2 und CO verwendet. Als besondere Nachteile sind hier
der hohe Lackverbrauch und schräge Lackkanten zu verzeichnen.
Auch ergibt sich eine schlechte CD (critical dimension)-
Performance, indem die Linienbreite sinkt und die Linienenden
spitz zulaufend strukturiert werden.
Beim Ätzen mit CHF3/CF4/O2/Ar- oder CHF3/CF4/O2-Gasen (Gasfluß
80/50/20/16 sccm, p = 21,33 Pa, P = 600 W, B = 0,002 Tesla) ist die CD-
Performance sehr schlecht, d. h. die Linienbreiten verringern
sich zu stark.
Aus der US 5,773,199 ist ein Verfahren zur
Strukturierung einer Antireflexionsschicht bekannt, bei dem
eine oberhalb einer Polysilicidschicht aufgebrachte, aus einem
organischen Polymer gebildete Antireflexionsschicht mittels
einer plasmagestützen Ätzung unter Verwendung eines Gemischs
umfassend Trifluormethan, Kohlenstofftetraflourid, Sauerstoff
und Argon geätzt wird. In einem nachfolgenden Schritt wird
dann die Polysilicidschicht strukturiert.
Aus der JP-09-134862 A ist ein
Verfahren zum Ätzen einer silylierten Novolak-Antireflexions
schicht bekannt, wobei die Antireflexionsschicht mittels CF4
als Ätzgas und unter Verwendung einer Photoresistschicht
geätzt wird.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Strukturierung einer organischen
Antireflexionsschicht zu schaffen, bei dem ein geringer
Lackverbrauch und insbesondere steilere Lackflanken erreicht
werden und mit dem eine wesentlich verbesserte CD-Performance
erreicht wird.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Strukturierung einer
organischen Antireflexionsschicht mittels DUV-Lithographie
bereitgestellt, mit einem Schritt des Öffnens der organischen
Antireflexionsschicht durch Ätzen mit einem CF4, CHF3,
Sauerstoff und Argon enthaltendem Gasgemisch (ARC Open Prozeß) in einer
Ätzkammer mit Plasmaunterstützung, wobei die organische
Antirefexionsschicht unterhalb des Photoresists als eine
Zwischenschicht, bestehend aus einem organischen Polymer,
ausgebildet ist und wobei in einem nachfolgenden Schritt die
Ätzung der unter der organischen Antireflexionsschicht auf
einem Halbleitersubstrat befindlichen Metallschicht erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen der organischen
Antireflexionsschicht mit den Prozessparametern
O2: 5 . . . 7 sccm /*
Druck: 10,66 . . . 15,99 Pa
CF4: 35 . . . 45 sccm /*
CHF3: 17 . . . 23 sccm /*
Ar: 80 . . . 120 sccm /*
Leistung: 550 . . . 650 Watt,
/* Gasfluß
mit hoher Selektivität zum Photoresist erfolgt.
O2: 5 . . . 7 sccm /*
Druck: 10,66 . . . 15,99 Pa
CF4: 35 . . . 45 sccm /*
CHF3: 17 . . . 23 sccm /*
Ar: 80 . . . 120 sccm /*
Leistung: 550 . . . 650 Watt,
/* Gasfluß
mit hoher Selektivität zum Photoresist erfolgt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ein
geringer Lackverbrauch und steile Lackflanken. Das ermöglicht
geringere Lackdicken einzusetzen, wodurch sich das
Prozeßfenster der Lithografie erweitert. Durch die steileren
Lackflanken wird eine sehr gute CD-Performance erreicht, da
die Linienbreiten konstant bleiben und die Linienenden ihre
Form behalten. Auch bleiben an den Lackflanken keine Reste,
sogenannte Fences, übrig.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß es
durch die F-Ionen in der Ätzchemie möglich wird, eine
automatische Endpunkterkennung einzuführen. Diese
Endpunkterkennung verhindert Überätzungen und damit unnötige
Lackangriffe.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel
erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer mit dem
herkömmlichen Verfahren erzeugten Ätzstruktur des
Photoresists; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Ätzstruktur.
In Fig. 1 ist schematisch eine Metallschicht 1 dargestellt,
welche die zunächst oberste Schicht eines Wafers darstellen
soll. Auf dieser Metallschicht 1 ist eine Zwischenschicht aus
einem Polymer, d. h. eines ARC (anti reflecting coating layer)-
Polymers als Antireflexionsschicht 2, aufgebracht. Mit
Hilfe dieser Antireflexionsschicht 2 werden während der Be
lichtung des Photoresists, der sich auf der Antireflexions
schicht 2 befindet, Reflexionen ausgeschlossen und somit das
reflektierte Licht minimiert. Auf diese Weise wird die Auflö
sung der Photolithographie verbessert und eine hohe Maßhal
tigkeit der Photoresist-Ätzmaske 3 gewährleistet. Damit kann
der Standard Photoprozeß für sub-0,5 mm Technologien mit DUV-
Belichtung angewendet werden. Derartige Antireflexions
schichten 2 können aus organischen oder anorganischen Mate
rialien bestehen, wobei sich das noch zu beschreibende Ver
fahren auf die Strukturierung einer organischen Polymer-
Antireflexionsschicht bezieht.
In Fig. 1 ist nun der Zustand der Schichten einschließlich
der Photoresist-Ätzmaske 3 dargestellt, nachdem der ARC-Open
Prozeß wie im Stand der Technik üblich durchgeführt worden
ist. Der unterbrochen dargestellte Teil des Photoresists 4
zeigt den Zustand des Photoresists vor der ARC-Open-Ätzung.
Es ist deutlich zu sehen, daß hier ein erheblicher Lackver
brauch stattgefunden hat und daß eine schlechte CD-
Performance erreicht wird. Das ist dadurch bedingt, daß der
Photoresist nicht nur in der Höhe, sondern auch in der Breite
reduziert worden ist, so daß der Ätzgraben 5 im ARC 2 größer
wird, als vorgesehen.
Werden für das Ätzen von ARC-Schichten beispielsweise N2, O2
oder N2, O2 und CO verwendet, so sind im Ergebnis ein hoher
Lackverbrauch und schräge Lackkanten zu verzeichnen. Auch
sinkt die Linienbreite und die Linienenden werden spitz zu
laufend strukturiert.
Auch beim Ätzen mit CHF3/CF4/O2/Ar- oder CHF3/CF4/O2-Gasen
(Gasfluß 80/50/20/16 sccm, p = 21,33 Pa, P = 600 W, B = 0,002 Tesla)
ist die CD-Performance sehr schlecht, d. h. die Linienbreiten
der hergestellten Strukturen verringern sich zu stark.
Wird demgegenüber mit der erfindungsgemäßen Rezeptur geätzt,
so sind ein geringer Verbrauch an Photoresist und steile
Lackflanken die Folge, wie aus Fig. 2 schematisch ersichtlich
ist. Damit wird es möglich, geringere Lackdicken einzusetzen,
wodurch sich das Prozeßfenster der Lithographie erweitert.
Durch die steileren Lackflanken wird eine sehr gute CD-
Performance d. h. Maßhaltigkeit des Ätzgrabens 5 erreicht, da
die Linienbreiten konstant bleiben und die Linienenden ihre
Form behalten. Auch bleiben an den Lackflanken keine Reste,
sogenannte Fences, übrig.
Um die beschriebenen Vorteile d. h. die beste Ätzselektivität
zu erreichen, muß die ARC-Open-Ätzung mit folgenden
Prozeßparametern vorgenommen werden:
1
Metallschicht
2
ARC
3
Photoresist-Ätzmaske
4
Photoresist vor ARC-Open-Ätzung
5
Ätzgraben im ARC
Claims (1)
- Verfahren zur Strukturierung einer organischen Antireflexionsschicht mittels DUV-Lithographie mit einem Schritt des Öffnens der organischen Antireflexionsschicht (2) durch Ätzen mit einem CF4, CHF3, Sauerstoff und Argon enthaltendem Gasgemisch in einer Ätzkammer mit Plasmaunterstützung, wobei die organische Antireflexionsschicht (2) unterhalb des Photoresists (3) als eine Zwischenschicht, bestehend aus einem organischen Polymer, ausgebildet ist und wobei in einem nachfolgenden Schritt die Ätzung der unter der organischen Antireflexionsschicht (2) auf einem Halbleitersubstrat befindlichen Metallschicht (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen der organischen Antireflexionsschicht (2) mit den Prozessparametern
O2: 5 . . . 7 sccm /*
Druck: 10,66 . . . 15,99 Pa
CF4: 35 . . . 45 sccm /*
CHF3: 17 . . . 23 sccm /*
Ar: 80 . . . 120 sccm /*
Leistung: 550 . . . 650 Watt,
mit hoher Selektivität zum Photoresist (3) erfolgt.
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