DE19945140B4 - A process for producing a mask layer having openings of reduced width - Google Patents

A process for producing a mask layer having openings of reduced width

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Maskenschicht, bei dem A process for producing a mask layer, wherein
– eine organische Resist-Schicht (3) über einer zu strukturierenden Schicht (2) eines Halbleitersubstrats erzeugt wird; - an organic resist layer (3) over a layer to be structured (2) of a semiconductor substrate is generated;
– die organische Resist-Schicht (3) lithographisch strukturiert wird, wobei eine Resist-Öffnung (4) in der Resist-Schicht (3) erzeugt wird; - the organic resist layer (3) is lithographically patterned using a resist hole (4) in the resist layer (3) is generated;
– auf der strukturierten Resist-Schicht (3) ein Polymerisat-Film (5) erzeugt wird, welcher die Seitenwände und den Boden (6) der Resist-Öffnung (4) bedeckt; - on the patterned resist layer (3) a polymer film (5) is produced which covers the side walls and the bottom (6) of the resist hole (4); und and
– der Polymerisat-Film (5) durch einen anisotropen und gegenüber der zu strukturierenden Schicht (2) selektiven Plasma-Ätzschritt in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre am Boden (6) der Resist-Öffnung (4) entfernt wird, - the polymer film (5) is removed by an anisotropic and opposite the layer to be structured (2) selective plasma etching in an oxygen-containing atmosphere at the bottom (6) of the resist aperture (4),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
– daß es sich bei dem Polymerisat-Film (5) um ein Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Film handelt, welcher durch ein kaltes Plasma-Abscheideverfahren mit einem Tetrafluormethan, Methan und ein Inertgas umfassenden Prozeßgasgemisch erzeugt wird. - that it is a fluorocarbon polymer film is at the polymer film (5), which is generated by a cold plasma-deposition with a tetrafluoromethane, methane, and an inert gas comprising process gas mixture.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Maskenschicht mit Öffnungen verkleinerter Breite in der Halbleitertechnologie. The invention relates to a method for manufacturing a mask layer having openings of reduced width in the semiconductor technology. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vertiefungsstruktur in einem Substrat unter Einsatz einer derartigen Maskenschicht. Further, the invention relates to a process for the preparation of a well structure in a substrate using such a mask layer.
  • Zur Erzielung immer höherer Integrationsdichten von integrierten Halbleiterschaltungen (ICs) müssen die Bauelemente (Transistoren, Kondensatoren, usw.) der ICs ständig verkleinert werden. In order to achieve ever higher integration densities of semiconductor integrated circuits (ICs), the components (transistors, capacitors, etc.) must be of the ICs are constantly being reduced. Dies erfolgt seit Jahrzehnten durch die Entwicklung und den Einsatz neuer Technologien, die durch ihre kleinste erzeugbare Strukturgröße charakterisiert werden. This is done for decades by the development and deployment of new technologies that are characterized by their smallest producible structure size.
  • Limitierender Faktor für weitere Strukturverkleinerungen ist heute die Lithographie, welche auf der Substratoberfläche die Masken für die Strukturierung des Halbleitersubstrats zur Verfügung stellt. Limiting factor for further structural reductions today lithography, which is on the substrate surface, the masks for the patterning of the semiconductor substrate available. Stand der Technik ist gegenwärtig die optische W-Laser-Lithographie, mit der jedoch noch keine produktionstaugliche Herstellung von Strukturgrößen unterhalb etwa 150 nm möglich ist. State of the art is presently the optical W laser lithography, but with the production is not yet suitable for the production of structural sizes below about 150 nm possible.
  • Für Strukturgrößen unterhalb von etwa 100 nm kommen nur noch sogenannte Lithographie-Technologien der nächsten Generation (NGL: "next generation lithographie") in Frage. ( "Next generation lithography" NGL) eligible for feature sizes below about 100 nm next generation only so-called lithography technologies. Diese Techniken (beispielsweise Elektronenstrahl-, Röntgenstrahl- oder Ionenstrahl-Lithographie) sind jedoch noch weit von ihrer technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit entfernt. However, these techniques (for example, electron beam, X-ray or ion beam lithography) are still far from their technical and economic feasibility.
  • Daher besteht gegenwärtig insbesondere auch unter Kostenaspekten ein hohes Interesse, etablierte Fertigungsprozesse so zu modifizieren, daß kleinere Strukturgrößen unter Bei behaltung des vorhandenen (teuren) Fertigungsequipments erreichbar werden. Therefore, there is presently especially a cost perspective a high interest to modify established manufacturing processes so that smaller feature sizes are attainable under the existing case behaltung (expensive) production equipment.
  • In der US-Patentschrift 5,279,990 A ist ein Verfahren zur Herstellung von kleinen Kontaktlöchern beschrieben. In US Patent 5,279,990 A describes a process for the production of small contact holes is described. Das Verfahren basiert im wesentlichen darauf, daß zunächst mittels herkömmlicher Lithographie- und Maskiertechniken ein Loch in eine Oxidschicht geätzt wird und dieses Loch nachfolgend durch Ablagerung eines Spacers aus Polysilizium an der Lochinnenwandung verengt, dh im Durchmesser verkleinert wird. The method is based essentially on the fact that a hole is etched into an oxide layer initially by conventional lithographic and masking techniques and this hole narrows below by deposition of a spacer made of polysilicon on the Lochinnenwandung, that is reduced in diameter.
  • Die Druckschrift The publication US 5,895,740 A US 5,895,740 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Maskenschicht, bei welchem über einer strukturierten Photoresist-Schicht ein Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Film unter Verwendung der Prozessgase C 4 F 8 /CHF 3 /CO abgeschieden wird. describes a method for producing a mask layer, wherein over a patterned photoresist layer, a fluorocarbon polymer film using the process gases C 4 F 8 / CHF 3 / CO is deposited. Die Rückätzung des Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Films kann beispielsweise mittels der Prozessgase CF 4 , CHF 3 , N 2 und Ar erfolgen. The etching back of the fluorocarbon polymer film can be effected for example by means of the process gases CF 4, CHF 3, N 2 and Ar.
  • In der den nächstliegenden Stand der Technik bildenden Schrift In the closest state of the art forming font EP 0 313 814 A2 EP 0313814 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung einer Maskenschicht beschrieben, bei welcher ein Polymerisat-Film bestehend aus Parylene über einem strukturierten Photoresist-Material abgeschieden wird. A method is described for producing a mask layer, wherein a polymer film is composed of parylene deposited over a patterned photoresist material. Die Rückätzung des Polymerisat-Films erfolgt in einer sauerstoff-haltigen Atmosphäre. The back-etching of the polymer film is carried out in an oxygen-containing atmosphere.
  • In der US-Patentschrift 4,188,426 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem mittels einer kalten Plasmaentladung ein Fluorkohlenwasserstoff-Film auf diversen organischen und anorganischen Materialien abgeschieden wird. In US Patent 4,188,426 describes a process in which a fluorocarbon film is deposited on a variety of organic and inorganic materials by means of a cold plasma discharge. Der abgeschiedene Fluorkohlenwasserstoff-Film bildet eine Gleitbeschichtung mit niedrigem Reibungskoeffizienten auf der Materialoberfläche aus. The deposited fluorocarbon film forms a slide coating with a low coefficient of friction on the material surface.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in der Halbleitertechnologie kostengünstig einsetzbares Verfahren zur Erzielung kleiner Strukturgrößen von Halbleiterstrukturen, wie beispielsweise Löchern, Gräben und dergleichen anzugeben. The invention has the object of providing a cost-effective usable in semiconductor technology processes to achieve smaller feature sizes of semiconductor structures, such as holes, trenches, and indicate like. Das Verfahren soll gut in bestehende prozeßtechnische Abläufe bei der Halbleiterfertigung integrierbar sein. The process should be easily integrated into existing process engineering processes in semiconductor manufacturing.
  • Zur Lösung der Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. To achieve the object, the features of claim 1 are provided.
  • Demnach beruht das erfindungsgemäße Verfahren darauf, eine lithographisch geschaffene Resist-Öffnung durch Erzeugung eines Polymerisats an der Innenwandung der Öffnung gezielt zu verengen. Accordingly, the inventive method is based on narrowing a lithographically created resist opening by forming a polymer on the inner wall of the opening selectively. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene strukturierte Resist-Schicht mit reduzierter Öffnungsbreite kann in nachfolgenden Prozessen als Maskenschicht eingesetzt werden, dh es lassen sich Halbleiter-Vertiefungsstrukturen, wie beispielsweise Kontaktlöcher oder Gräben, unmittelbar durch einen anschließend ausgeführten Ätzschritt fertigen. The obtained by the inventive method patterned resist layer with reduced opening width can be used in subsequent processes as a mask layer, ie, it can be semiconductor recess structures such as contact holes or trenches, finished directly by a subsequently performed etching step. Bei dem Polymerisat-Film handelt es sich um einen Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Film, welcher durch ein kaltes Plasma-Abscheideverfahren erzeugt wird. Wherein said polymer film is a fluorocarbon polymer film which is produced by a cold plasma-deposition. Die Abscheidung eines Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Films in einer Plasma-Entladung ist kompatibel mit bestehenden Photoresist-Techniken, dh kann bei einer Temperatur erfolgen, bei der der Photoresist nicht geschädigt wird. The deposition of a fluorocarbon polymer film in a plasma discharge is compatible with existing photoresist techniques, that may be at a temperature at which the photoresist is not damaged. Dabei wird als Prozeßgasgemisch Tetrafluormethan, Methan und ein Inertgas, insbesondere Argon, verwendet. In this case is used as a process gas mixture of tetrafluoromethane, methane, and an inert gas, in particular argon. Es hat sich gezeigt, daß mit diesen Prozeßgasen ein Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Film von ausgezeichneter Qualität und mit einer gleichmäßigen Seitenwandbedeckung der Resist-Öffnung erzeugt werden kann. It has been found that a fluorocarbon polymer film of excellent quality and having uniform sidewall coverage of the resist opening can be produced using these process gases. Die anisotrope Ätzung des Polymerisat-Films erfolgt in einer sauerstoff-haltigen Atmosphäre. The anisotropic etching of the polymer film is carried out in an oxygen-containing atmosphere.
  • Eine bevorzugte Maßnahme des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß eine Rückseitenkühlung des Halbleitersubstrats eingesetzt wird. A preferred means of the method is characterized in that a backside cooling of the semiconductor substrate is used. Durch die Rückseitenkühlung kann die Temperatur der Resist-Schicht besser kontrolliert und stabilisiert werden, was es ermöglicht, entsprechend höhere Plasmaleistun gen und damit höhere Abscheideraten des Polymerisats zuzulassen. Due to the backside cooling the temperature of the resist layer can be better controlled and stabilized, which enables gene correspondingly higher Plasmaleistun and thus allow higher deposition of the polymer.
  • Wie bereits angesprochen, kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der Herstellung der Maskenschicht mit Öffnungen verkleinerter Breite ein Ätzschritt ausgeführt werden. As already mentioned, in the process according to the invention, an etching step may be performed after the production of the mask layer with openings of reduced width. Hierdurch können in einem beliebigen Substrat Vertiefungsstrukturen reduzierter Strukturbreite erzeugt werden. In this way, a reduced pattern width can be produced in an arbitrary substrate recess structures.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Resist-Schicht auf einer Siliziumoxid-Schicht angeordnet. In a particularly preferred embodiment of the invention, the resist layer is disposed on a silicon oxide layer. Beispielsweise kann es sich bei der Siliziumoxid-Schicht um die oberhalb der Drain- und Source-Gebiete eines MOSFET liegende Deckoxidschicht handeln, die zur elektrischen Kontaktierung dieser Gebiete mit geeignet angeordneten Kontaktlöchern zu versehen ist. For example, it may be in the silicon oxide layer around the located above the drain and source regions of a MOSFET covering oxide layer which is to be provided for electrical contacting of these regions with suitably arranged contact holes. Die Oxid-Kontaktlochätzung kann vorteilhafterweise unter Verwendung derselben fluorhaltigen Prozeßgase (Ätzgase), insbesondere beispielsweise Tetrafluormethan erfolgen, wie der Abscheide- und Polymerisationsprozeß des Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Films. The oxide contact hole can be carried out advantageously using the same fluorine-containing process gases (etching gas), in particular, for example, tetrafluoromethane, such as the deposition and polymerization of the fluorocarbon polymer film. Selbstverständlich können beide Prozesse auch in derselben Reaktorkammer durchgeführt werden. Of course, both processes can be carried out in the same reactor chamber.
  • Weitere vorteilhafte Varianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Further advantageous variants of the invention are specified in the dependent claims.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawings. In dieser zeigt: This shows:
  • 1 1 eine schematische Darstellung einer Halbleiterschichtfolge mit Resist-Schicht nach Erzeugung einer Resist-Öffnung; a schematic representation of a semiconductor layer sequence with resist layer to produce a resist hole;
  • 2 2 eine schematische Darstellung der in a schematic representation of the in 1 1 gezeigten Schichtfolge nach Abscheidung eines Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Films; Layer sequence shown after deposition of a fluorocarbon polymer film;
  • 3 3 eine schematische Darstellung der in a schematic representation of the in 2 2 gezeigten Schichtfolge nach Entfernung des Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisats am Boden der Resist-Öffnung; Layer sequence shown after removal of the fluorocarbon-polymer at the bottom of the resist opening;
  • 4 4 eine schematische Darstellung der in a schematic representation of the in 3 3 gezeigten Schichtfolge nach der Ätzung eines Kontaktloches; Layer sequence shown after etching a contact hole;
  • 5 5 eine schematische Darstellung der in a schematic representation of the in 4 4 gezeigten Schichtfolge nach Entfernung des restlichen Polymerisat-Films und der strukturierten Resist-Schicht; Layer sequence shown after removal of the remaining polymer film and the patterned resist layer;
  • 6A 6A eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kontaktloches; an electron microscopic photograph of a contact hole made by the inventive method; und and
  • 6B 6B eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines Kontaktloches, das bei gleicher Strukturgröße der Resist-Öffnung wie in an electron microscopic photograph of a contact hole, while maintaining the same pattern size of the resist opening as in 6A 6A , aber ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, geschaffen wurde. But was without applying the method according to the invention is provided.
  • Nach To 1 1 umfaßt eine Halbleiterschichtfolge eine Kontaktschicht a semiconductor layer sequence comprises a contact layer 1 1 , eine Siliziumoxid-Schicht , A silicon oxide layer 2 2 und eine strukturierte Resist-Schicht and a patterned resist layer 3 3 . , Die Schichtfolge The layer sequence 1 1 , . 2 2 , . 3 3 stellt einen Ausschnitt eines entsprechend aufgebauten ausgedehnten Schichtsystems dar, das über einer nicht dargestellten Halbleiterscheibe (Wafer) realisiert ist. represents a section of a correspondingly constructed expanded layer system on a non-illustrated semiconductor wafer (wafer) is realized. Bei der Kontaktschicht When the contact layer 1 1 kann es sich beispielsweise um eine Silizium-Schicht, Silizid-Schicht, Metallschicht oder ähnliches handeln, die ein Drain- oder Source-Gebiet eines MOSFET oder eine Leiterebene eines IC realisiert. may, for example, be a silicon layer, silicide layer, metal layer or the like, which realizes a drain or source region of a MOSFET or a conductor layer of an IC. Bei der Schicht The layer 2 2 , im folgenden in beispielhafter Weise als Siliziumoxid-Schicht angenommen, handelt es sich im allgemeinen um eine Schicht, die aus einem halbleitertechnologisch strukturierbaren, ansonsten aber beliebigen Material besteht. , Assumed in the following by way of example as a silicon oxide layer, it is generally a layer made of a semiconductor technology structurable, but otherwise any material. Für die Resist-Schicht For the resist layer 3 3 können alle verfügbaren Photolacke verwendet werden, wobei Photolacke mit steilen Resist-Öffnungs-Flankenstrukturen bevorzugt sind. all available photoresists may be used, photoresists are preferred with steep resist opening edge structures.
  • Die Kontaktschicht The contact layer 1 1 ist optional. is optional. Sie ist beispielsweise nicht erforderlich, wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht zur Erzeugung eines Kontaktloches, sondern zur Grabenätzung (beispielsweise in einer Schicht It is for example not necessary if the process of the invention does not (for the generation of a contact hole, but for the trench etching, for example, in a layer 2 2 aus Silizium) eingesetzt wird. is employed for silicon).
  • Die Strukturierung der Resist-Schicht The patterning of the resist layer 3 3 zur Erzeugung einer Resist-Öffnung to produce a resist opening 4 4 kann wie folgt durchgeführt werden (angegebene Prozeßparameter gelten für die Bearbeitung von 150 mm Wafern und müssen für andere Substratgrößen skaliert werden): Zunächst wird die Resist-Schicht can be carried out as follows (specified process parameters apply to the processing of 150 mm wafers and must be scaled to other substrate sizes): First, the resist layer 3 3 belichtet. exposed. Durch die Lichtfleckgräße wird die Größe (Durchmesser) der Resist-Öffnung By Lichtfleckgräße the size (diameter) of the resist opening is 4 4 festgelegt. established. Beispielsweise wird eine i-line-Lithographie unter Verwendung eines THMR IP 2000 Lackes als Resist verwendet. For example, an i-line lithography is used using an IP THMR 2000 paint as a resist.
  • Nach der Belichtung wird die Resist-Schicht After exposure, the resist layer is 3 3 entwickelt. developed. Anschließend erfolgt eine Temperung (sogenannter "post exposure bake") beispielsweise bei 115 – 125°C für 162 Sekurden. Subsequently, a heat treatment (so-called "post-exposure bake") is carried out, for example, at 115-125 ° C for 162 Sekurden.
  • In einem nächsten Schritt wird in einer geeigneten Reaktorkammer (im Ausführungsbeispiel eine Metallätzkammer) ein Polymerisationsprozeß durchgeführt. In a next step in a suitable reactor chamber (a Metallätzkammer in the embodiment) is carried out a polymerization process. Das dabei erzeugte Polymerisat The polymer produced thereby 5 5 bedeckt die Oberseite des Resists covering the top of the resist 3 3 sowie die Innenwandung und den Baden and the inner wall and the Baden 6 6 der Resist-Öffnung the resist opening 9 9 , wobei letzterer durch den freibelichteten Bereich der Oxidschicht , The latter through the exposed portion of the oxide layer free 2 2 realisiert wird, siehe is realized, see 2 2 . ,
  • Der Polymerisationsprozeß wird in Form einer Plasma-unterstützten Gasphasen-Abscheidung (PECVD: plasma enhanced chemical vapour deposition) durchgeführt. The polymerization process is in the form of a plasma-supported gas-phase deposition (PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition) is performed. Als Prozeßgas wird ein Gemisch aus zB Argan, Tetrafluormethan (CF 4 ) und Methan (CH 4 ) verwendet. As process gas, a mixture of, for example, Argan, tetrafluoro methane (CF 4) and methane (CH 4). Geeignete Abscheideparameter sind ein Gesamtdruck von 2,6 × 10 4 Pa, 250 Watt Plasmaleistung, ein Maqnetfeld von 60 Gauss sowie Flüsse von 45 sccm Tetrafluormethan, 103 sccm Argon und 10 sccm Methan für eine Prozeßzeitdauer von 300 Sekunden. Suitable deposition parameters are a total pressure of 2.6 × 10 4 Pa, 250 Watt plasma power, a Maqnetfeld of 60 Gauss, and flows of 45 sccm tetrafluoromethane, 103 sccm of argon and 10 sccm of methane for a process time of 300 seconds. Die Temperatur der Halbleiterscheibe wird vorzugsweise durch eine Rückseitenkühlung der Halbleiterscheibe mit einem He-Gasstrom stabilisiert und kann beispielsweise etwa 40°C betragen. The temperature of the semiconductor wafer is preferably stabilized by a backside cooling of the wafer with a He gas stream and may for example be about 40 ° C. Zur Wahrung der Resistintegrität sollte sie 120°C nicht überschreiten. To preserve the integrity resist it should not exceed 120 ° C.
  • Argon kann durch andere Inertgase, wie beispielsweise Stickstoff, ersetzt werden. Argon may be replaced by other inert gases such as nitrogen.
  • Dann erfolgt eine anisotrope Rückätzung des abgeschiedenen Polymerisat-Films Then, an anisotropic etching back of the deposited polymer film 5 5 derart, daß auf der Oberseite der strukturierten Resist-Schicht so that on top of the patterned resist layer 3 3 und an der Innenwand der Resist-Öffnung and on the inner wall of the resist opening 4 4 Polymerisat zurückbleibt, ein zwischen dem an der Innenwand zurückbleibenden Polymerisat-Mantel liegender Zentralbereich des Bodens Polymer remains a lying between the remaining polymer on the inner wall cladding central area of ​​the bottom 6 6 der Resist-Öffnung the resist opening 4 4 aber von Polymerisat befreit wird. but is exempt from the polymer.
  • Das Palymerisat kann auch so weit zurückgeätzt werden, daß auf der Oberseite der Resist-Schicht The Palymerisat may also be etched back so far that on top of the resist layer 3 3 kein Polymerisat verbleibt. no polymer remains.
  • Ein geeigneter anisotroper Ätzprozeß erfolgt beispielsweise unter reinem Sauerstoff (1,3 × 10 3 Pa) bei 600 Watt Plasmaleistung, einem Magnetfeld von 30 Gauss, sowie einem Fluß von 50 sccm Sauerstoff für eine Prozeßzeitdauer von 30 Sekunden. A suitable anisotropic etching process is carried out, for example, under pure oxygen (1.3 x 10 3 Pa) at 600 Watts plasma power, a magnetic field of 30 Gauss, and a flow of 50 sccm of oxygen for a process time of 30 seconds. Bei diesem Prozeß wird ausgenutzt, daß die Selektivität eines Sauerstoff-Plasmas zu der Siliziumoxid-Schicht In this process, use is made of the selectivity of an oxygen plasma to the silicon oxide film 2 2 sehr hoch ist. is very high.
  • Besteht die Schicht If the layer 2 2 , wie bereits angesprochen, aus einem anderen Material, kann zur Rückätzung des Polymerisat-Films As already mentioned, of a different material, can be used to etch back the polymer film 5 5 in analoger Weise ein geeignetes, zu diesem Material selektives anderes Prozeßgas eingesetzt werden. a suitable, selectively to this material different process gas to be used in an analogous manner. Die nach der Entfernung des bodenseitigen Polymerisat-Films erzeugte Halbleiter-Schichtstruktur ist in The produced after the removal of the bottom polymer film semiconductor layer structure is in 3 3 dargestellt. shown.
  • In einem weiteren Prozeßschritt ( In a further process step ( 4 4 ) wird ein Kontaktloch ), A contact hole 7 7 in der Siliziumoxid-Schicht in the silicon oxide film 2 2 erzeugt. generated. Als Prozeßgase können ebenfalls wieder Tetrafluormethan und Argon eingesetzt werden. As process gases tetrafluoromethane and argon can also be used again. Ein geeigneter Prozeß erfolgt bei einem Gesamtdruck von 9,3 × 10 3 Pa, 700 Watt Plasmaleistung, einem Magnetfeld von 30 Gauss sowie einem Fluß von 35 sccm Tetrafluormethan und 80 sccm Argon für eine Prozeßzeitdauer von 135 Sekunden. A suitable process is carried out at a total pressure of 9.3 × 10 3 Pa, 700 Watt plasma power, a magnetic field of 30 Gauss and a flow of 35 sccm of tetrafluoromethane and 80 sccm argon for a process time of 135 seconds. Die Ätzung kann nach Zeit oder nach Endpunkt durchgeführt werden. The etching may be performed by time or endpoint. Zur Komplementierung der Ätzung kann ein Overetch an der Kontaktschicht To complement the etching an overetching can be connected to the contact layer 1 1 vorgesehen sein. be provided.
  • Bei der Ätzung der Siliziumoxid-Schicht During the etching of the silicon oxide layer 2 2 sind eine Vielzahl von Variationen je nach gewünschter Steilheit, Ätzrate und Selektivität möglich, auf die vorliegend nicht näher eingegangen wird. a number of variations depending on the desired slope, etch rate and selectivity are possible, which will be present not elaborate on the.
  • Gemäß According to 5 5 werden schließlich der Resist-Film Finally, the resist film 3 3 und das Polymerisat and the polymer 5 5 aus Fluorkohlenwasserstoff verascht und durch eine Naßreinigung (anorganisch, zB mit H 2 SO 4 /H 2 O 2 oder organisch, beispielsweise mit EKC-265) vollständig entfernt. incinerated from fluorocarbon and by a wet cleaning (inorganic, for example with H 2 SO 4 / H 2 O 2 or organic, for example, EKC-265) completely removed.
  • Es wird in diesem Zusammenhang erwähnt, daß bereits früher beobachtet wurde, daß bei einer Plasma-unterstützten Kontaktlochätzung Polymere entstehen können, die sich im Fußbereich der Seitenwände der Kontaktlöcher absetzen. It is mentioned in this connection that has been observed previously that polymers can arise in a plasma enhanced contact hole, which settle in the foot area of ​​the side walls of the contact holes. Diese Seitenwand-Polymere wurden auch bereits gezielt zur Abschrägung der Kontaktlöcher eingesetzt. These sidewall polymers have also been targeted for beveling of the contact holes. Die Strukturbreite am Fuße des Kontaktloches ist dann deutlich kleiner als im oberen Öffnungsbereich. The structure lies at the foot of the contact hole is then much smaller than the top opening area. Diese Technik unterscheidet sich von der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Strukturgröße im oberen Öffnungsbereich des Kontaktloches This technique differs from the present invention in that the structure size in the upper opening portion of the contact hole 7 7 (entspricht üblicherweise der kleinsten lithographisch erzeugbaren Dimension) durch diese Technik nicht verringert werden kann. (Usually corresponds to the smallest lithographically producible dimension) can not be reduced by this technique. Ein weiterer wesentlicher Unterschied besteht darin, daß beim Aufbau derartiger Seitenwand-Polymere im Rahmen eines Ätzprozesses stets auch ein Einbau von Bestandteilen des geätzten Materials in das Polymer erfolgt. Another major difference is that the construction of such side wall polymers in the context of an etch process is always also a mounting of components of the material is etched in the polymer. Die Seitenwand-Polymere sind deshalb im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Polymerisat- Film The side wall polymers are therefore contrary to the inventive polymerizate film 5 5 nicht komplett veraschbar, dh wesentlich schwerer zu entfernen. not completely incinerated, that is much harder to remove.
  • Der vorstehend beschriebene Prozeß wurde bei einer Dicke der Resist-Schicht The process described above was measured at a thickness of the resist layer 3 3 von 1,4 μm durchgeführt. performed of 1.4 microns. Die Strukturbreite (Durchmesser) der lithographisch hergestellten Resist-Öffnung The structure width (diameter) of the resist opening lithographically 4 4 betrug 0,73 ± 0,01 μm. was 0.73 ± 0.01 micrometers. Die Abscheiderate des Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Films The deposition rate of the fluorocarbon polymer film 5 5 an der Oberfläche der Resist-Schicht on the surface of the resist layer 3 3 betrug bei den zu amounted to at the 2 2 angegebenen Prozeßparametern 1,36 nm/s. specified process parameters, 1.36 nm / s. Nach einer Abscheidezeitdauer von 300 Sekunden wurde somit eine Polymerisat-Filmdicke von 410 nm auf der Oberseite der (strukturierten) Resist-Schicht After a Abscheidezeitdauer of 300 seconds, a polymer film thickness of 410 nm on top of the (structured) became the resist layer 3 3 erhalten. receive.
  • Nach der Rückätzung des Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Films After the etching-back of the fluorocarbon polymer film 5 5 (siehe (please refer 3 3 ) war die Resist-Öffnung ) Was the resist opening 4 4 um 130 nm verengt, dh wies eine reduzierte lichte Weite von 0,6 μm auf. narrows to 130 nm, that is, had a reduced clear width of 0.6 .mu.m.
  • 6A 6A zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Schichtstruktur shows an electron micrograph of a layer structure 1 1 , . 2 2 mit einem Kontaktloch with a contact hole 7 7 , das mit den vorstehend angegebenen Prozeßparametern gefertigt wurde. That was manufactured using the above process parameters. Die Öffnungsweite des Kontaktloches The opening width of the contact hole 7 7 am oberen Lochrand beträgt, wie bereits erwähnt, 0,6 μm. , Is as already mentioned at the upper edge of the hole, 0.6 microns. Dem gegenübergestellt ist in is compared with the in 6B 6B eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer identischen Schichtfolge an electron micrograph of an identical layer sequence 1 1 , . 2 2 , bei der das Kontaktloch In which the contact hole 7' 7 ' unter identischen Bedingungen, jedoch in herkömmlicher Weise, dh ohne Ablagerung eines Polymerisat-Films under identical conditions but in the conventional manner, ie, without deposition of a polymer film 5 5 auf der strukturierten Resist-Schicht on the patterned resist layer 3 3 hergestellt wurde. was produced. Folglich beträgt der Öffnungsdurchmesser des Kontaktloches Consequently, the opening diameter of the contact hole is 7' 7 ' 0,73 μm. 0.73 .mu.m. Ein Vergleich der beiden A comparison of the two 6A 6A und and 6B 6B zeigt, daß die Steilheit des Kontaktloches shows that the slope of the contact hole 7 7 sowie die Restefreiheit und der Substratabtrag durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht beeinflußt werden. and the remains of freedom and Substratabtrag are not affected by the inventive process.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erzeugung von Strukturgrößen, die bisher und auch zukünftig mit optischen lithographischen Verfahren nicht erreichbar sind bzw. sein werden. The inventive method allows the production of feature sizes that are far and can not be reached in the future with optical lithographic process or be. Gegenwärtig beträgt die kleinste in der Fertigung erreichbare Strukturgröße 193 nm. Bei einer Strukturgrößenverkleinerung um 130 nm gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel läßt sich ein Kontaktloch Currently, the smallest achievable in production feature size is 193 nm. In a structure size reduction at 130 nm according to the above-described example, a contact hole can be 7 7 mit einem Öffnungsdurchmesser von 63 nm erzeugen. generating with an opening diameter of 63 nm. Mit herkömmlicher optischer Lithographie ist diese Strukturgröße nicht erreichbar. With conventional optical lithography, this structure size is not available.
  • Zur sicheren Verhinderung des Zuwachsens der Resist-Öffnung For safe prevention of Zuwachsens the resist opening 4 4 bei der Polymerisat-Film-Abscheidung (siehe (In the polymer-film deposition see 2 2 ) ist auch eine mehrmalige Wiederholung von kurzer Abscheidung und Polymerisat-Rückätzung möglich. ) Is also a multiple repetition of a short separation and polymer etch-back possible.
  • Die Kontaktlochätzung kann in nicht dargestellter Weise auch in einem anderen Material, beispielsweise Siliziumnitrid, erfolgen. The contact hole can be used in a manner not shown, also take place in another material, such as silicon nitride.
  • 1 1
    Kontaktschicht contact layer
    2 2
    Siliziumoxid-Schicht Silicon oxide layer
    3 3
    strukturierte Resist-Schicht patterned resist layer
    4 4
    Resist-Öffnung Resist opening
    5 5
    Polymerisat-Film Polymer film
    6 6
    Boden der Resist-Öffnung The bottom of the resist opening
    7, 7' 7, 7 '
    Kontaktloch contact hole

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Maskenschicht, bei dem – eine organische Resist-Schicht ( A process for producing a mask layer, wherein the - (an organic resist layer 3 3 ) über einer zu strukturierenden Schicht ( ) Over a layer to be structured ( 2 2 ) eines Halbleitersubstrats erzeugt wird; ) Is produced of a semiconductor substrate; – die organische Resist-Schicht ( - the organic resist layer ( 3 3 ) lithographisch strukturiert wird, wobei eine Resist-Öffnung ( ) Is lithographically patterned using a resist opening ( 4 4 ) in der Resist-Schicht ( ) (In the resist layer 3 3 ) erzeugt wird; ) is produced; – auf der strukturierten Resist-Schicht ( - (on the patterned resist layer 3 3 ) ein Polymerisat-Film ( ) A polymer film ( 5 5 ) erzeugt wird, welcher die Seitenwände und den Boden ( ) Is generated, wherein the side walls and the bottom ( 6 6 ) der Resist-Öffnung ( () Of the resist opening 4 4 ) bedeckt; covered); und – der Polymerisat-Film ( and - the polymer film ( 5 5 ) durch einen anisotropen und gegenüber der zu strukturierenden Schicht ( ) (By an anisotropic and opposite the layer to be structured 2 2 ) selektiven Plasma-Ätzschritt in einer Sauerstoff-haltigen Atmosphäre am Boden ( ) Selective plasma etch step (in an oxygen-containing atmosphere at the bottom 6 6 ) der Resist-Öffnung ( () Of the resist opening 4 4 ) entfernt wird, dadurch gekennzeichnet , – daß es sich bei dem Polymerisat-Film ( ) Is removed, characterized in - that it is (when the polymer film 5 5 ) um ein Fluorkohlenwasserstoff-Polymerisat-Film handelt, welcher durch ein kaltes Plasma-Abscheideverfahren mit einem Tetrafluormethan, Methan und ein Inertgas umfassenden Prozeßgasgemisch erzeugt wird. ) Is a fluorocarbon polymer film which is produced by a cold plasma-deposition with a tetrafluoromethane, methane, and an inert gas comprising process gas mixture.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß das Inertgas Argon oder Stickstoff ist. A method according to claim 1, characterized - in that the inert gas is argon or nitrogen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – daß die Temperatur des Halbleitersubstrats bei der Plasma-Abscheidung auf einen Wert kleiner oder gleich 120°C eingestellt wird. that the temperature of the semiconductor substrate is set at a value less than or equal to 120 ° C during plasma deposition - A method according to claim 1 or 2, characterized in that.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß eine Plasmaleistung von weniger als 500 W, insbesondere 250 W eingestellt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in - that a plasma power of less than 500 W, 250 W in particular is set.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß der Druck des Prozeßgasgemisches über 1,5 × 10 4 Pa, insbesondere bei etwa 3,3 × 10 4 Pa liegt. Method according to one of the preceding claims, characterized in - that the pressure of the process gas mixture over 1.5 × 10 4 Pa, in particular about 3.3 × 10 4 Pa is.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß während des Aufbaus des Polymerisat-Films ( Method according to one of the preceding claims, characterized - in that (when the structure of the polymer film 5 5 ) ein Flußverhältnis Methan:Tetrafluormethan von etwa 1:4,5 aufrechterhalten wird. ), A flow ratio methane: tetrafluoromethane of about 1: 4.5 is maintained.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – daß während des Aufbaus des Polymerisat-Films ( A method according to claim 6, characterized - in that (when the structure of the polymer film 5 5 ) ein Fluß des Inertgases von etwa dem doppelten Wert des Methan- und Tetrafluormethan-Flusses zugegeben wird. ) A flow of inert gas of approximately twice the value of the methane and tetrafluoromethane flow is added.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – daß eine Rückseitenkühlung des Halbleitersubstrats eingesetzt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in - that a backside cooling of the semiconductor substrate is used.
  9. Verfahren zur Herstellung einer Vertiefungsstruktur in einer zu strukturierenden Schicht eines Substrats, bei welchem – gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eine Maskenschicht mit Öffnungen verkleinerter Breite auf der zu strukturierenden Schicht ( A process for producing a well structure in a layer to be structured of a substrate, wherein - a mask layer having openings of reduced width (on the layer to be structured according to any one of the preceding claims 2 2 ) erzeugt wird; ) is produced; und – ein Ätzschritt in der zu strukturierenden Schicht ( and - an etching step in the layer to be structured ( 2 2 ) ausgeführt wird. ) is performed.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, – daß durch die Ätzung ein Kontaktloch ( The method of claim 9, characterized in that: - (by etching a contact hole 7 7 ) reduzierter Strukturbreite in einer Siliziumoxid-Schicht ( ) Of reduced pattern width in a silicon oxide layer ( 2 2 ) oder Siliziumnitrid-Schicht des Substrats erzeugt wird. ) Or silicon nitride layer of the substrate is generated.
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