DE3132080A1 - Verfahren zum herstellen integrierter schaltungen - Google Patents

Description

Beschreibung

Verfahren zum Herstellen integrierter Schaltungen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen integrierter Schaltungen, bei dem auf der Hauptoberfläche eines Wafers eine erste Schicht gebildet, auf dieser eine Resistschicht aufgebracht, eine eine Oberfläche der Resistschicht berührende leitende Schicht gebildet und in der Resistschicht ein Muster gezeichnet wird, in dem sie selektiv einem Ladungspartikelstrahl ausgesetzt wird.

Es ist bekannt, daß Elektronen- und Ionenstrahl-Belichtungssysteme vielversprechende Lithographiewerkzeuge bei der Herstellung von LSI- und VLSI-Schaltkreisen sind. Jedoch neigt die von einem Elektronen- oder Ionenstrahl auf die empfindliche Resistschicht des Werkstücks während der Ausricht- oder Schreibvorgänge in einer solchen Lithographieanordnung aufgebrachte Ladung dazu, sich auf dem Werkstück oder der Resistschicht zu sammeln. Dies wiederum ruft Ladungszonen hervor, die gekennzeichnet sind durch räumlich veränderliche und zeitabhängige elektrische Felder. Wenn diese Felder groß genug sind, können sie fälschlich den auf das Werkstück auftreffenden Strahl ablenken und dadurch

Ausrichtungs- und Musteranordnungsfehler beim Herstellungsvorgang hervorrufen. Solche Fehler können die Arbeitsleistung der Lithographieanordnung beträchtlich verschlechtern,"und in der Praxis dazu führen, daß die Fertigung von Schaltungen hoher Auflösung mit einer solchen Anordnung kostenintensiv, wenn nicht unmöglich wird.

In der US-PS 3689768 ist beispielsweise angegeben, daß dieses Problem dadurch gemildert werden kann, daß über die Resistschicht eine dünne Metallschicht aufgebracht wird, um die örtlichen Ladungskonzentrationen und die diese begleitenden elektrischen Felder zu zerstreuen.

Ein weiteres Problem, welches eine hohe Auflösung beschränkt, besteht in der Schwierigkeit, ein scharfdefiniertes Maskenmuster über einer unregelmäßigen oder nicht-ebenen Oberfläche zu bilden. Gemäß einer Lösung hierzu, die von J.M. Moran in dem Artikel "High Resolution, Step Profile, Resist Patterns", The Bell System Technical Journal, Vol. 58, Nr. 5, Mai-Juni 1979, Seiten 1027-1036 beschrieben ist, wird die unregelmäßige Oberfläche von einer dicken Opfer-Maskenschicht mit einer ebenen Oberseite abgedeckt. Dann wird auf der Opferschicht eine Zwischen-Maskierungsschicht gebildet, um das Muster höher Auf lösung zu definieren; .

das Muster wird dann mittels Ätzen durch die dicke Opferschicht übertragen. Auf diese Weise"kann" ein Muster hoher Auflösung auf die unregelmäßige Oberfläche übertragen werden. Jedoch wird der Herstellungsvorgang durch diese Methode komplizierter.

per Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art so weiterzubilden, daß die oben aufgezeigten Probleme beseitigt werden, ohne daß der Herstellungsvorgang unnötig erschwert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemä0 dadurch gelöst^ daß die leitende Schicht zwischen der ersten Schicht und der Resistschicht vorgesehen wird, das in der Resistschicht gebildete Muster auf die leitende Schicht übertragen wird und die leitende Schicht als Maske zum Übertragen des Musters auf die erste Schicht verwendet wird»

Die leitende Schicht dient somit sowohl zum Zerstreuen der Ladung als auch als Zwischenmaske. Die Zwischenmaske ist nützlich in Verbindung mit einer relativ dicken Opferschicht, wie sie oben beschrieben wurde, kann jedoch selbst bei stark regelmäßigen Oberflächen nützlich sein aufgrund der zu erzielenden engen Toleranzen. Die leitende Schicht wird vorteilhaft auf den Seiten des ¥afers derart vorgesehen,

daß sie in geeigneter Weise elektrischen Kontakt bekommen kann, um angesammelte Ladungen wirksam fortzuleiten, so daß die Ladungen nicht nur entlang der Wafer Oberfläche zerstreut werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert» Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines speziellen beispielhaften Radialströmungs-Reaktors, der sich zum Ausbilden einer ladungsleitenden Schicht auf einem Wafer eignet,

Figur 2 eine Querschnittansicht eines mit einer ladungsleitenden Schicht überzogenen Wafers,

Figur 3 eine Querschnittansicht des beschichteten Wafers gemäß Figur 2 mit einer darauf niedergeschlagenen Resistschicht,

Figur 4 eine Querschnittansicht der in Figur dargestellten Struktur, montiert auf einem Kassettenhalter, und

Figur 5 eine Querschnittansicht eines Wafers, bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine ladungsleitende Schicht auf der Oberseite einer relativ dicken Schicht gebildet wurde, wobei die dicke Schicht von dem Typ ist, der in einem sogenannten Drei-Schichten-Mustererzeugungsverfahren verwendet wird.

Eine erfindungsgemäß hergestellte ladungsleitende Schicht wird vorteilhaft auf die Oberfläche eines Werkstücks in einem herkömmlichen Radialströmungs-Plasmareaktor aufgebracht. Eine vereinfachte schematische Darstellung eines derartigen Reaktors ist in Figur 1 dargestellt. Der Reaktor enthält eine Reaktorkammer 10, in der mehrere Werkstücke bis 15 montiert sind.

Gemäß einem speziellen beispielhaften Merkmal der vorliegenden Erfindung wird auf der gesamten Oberseite Jedes der Werkstücke 12 bis 15, auf den Seiten der Werkstücke und auf einem Umfangsabschnitt auf der Unterseite jedes Werkstücks eine durchgehende, ladungsleitende Schicht gebildet. Eine solche Schicht 16 ist in Figur 2 auf einem Werkstück dargestellt, das beispielsweise ein Siliciumwafer 18 mit

einer darauf befindlichen Schicht 20 ist, auf welcher ein Muster auszubilden ist. Beispielsweise weist die Schicht eine 1,5 Mikrometer dicke Fotoresistschicht auf.

Wie in Figur 1 angedeutet ist, sind die zu beschichtenden Werkstücke jeweils zentrisch auf Abstandselementen 22 bis montiert, die beispielsweise aus Aluminium bestehen. Beispielsweise besteht jedes der Elemente 22 bis 25 aus einer 0,512 mm dicken Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 21,2 mm. Die Werkstücke 12 bis 15 weisen beispielsweise etwa einen Durchmesser von jeweils 76,8 mm auf. Somit steht jedes Werkstück über das zugehörige Abstandselement über. In den hier angenommenen speziellen Beispielen ist daher ein 12,8 mm breites Band auf der Unterseite jedes überstehenden Werkstücks frei, so daß hierauf eine ladungsleitende Schicht aufgebracht werden kann.

Die Reaktionskammer 10 gemäß Figur 1 wird von einem zylindrischen Isolierstück 26, einer leitenden Kathode 28 und einer Grundplatte 30 begrenzt. Die Abstandselemente 22 bis 25 und die Werkstücke 12 bis 15 sind auf einer leitenden Anode 32 montiert. Die Anode 32 wird getragen von Leitungen 34 und 36. Die Leitung 34 führt über ein Ventil 38 zu einer herkömmlichen Lüfter- und Pumpenanordnung 40. Die Leitung 36 ist an ein Mischventil 42 angeschlossen, dem

eine Kombination von Gasen zugeführt wird, wie es nachfolgend erläutert wird. Das Ende der Leitung 3& innerhalb der Kammer 10 hat die Form eines Rings, der mit einer offenen Seite den zu beschichtenden Werkstücken 12 bis gegenüberliegt. Auf diese Weise wird eine radiale Strömung der Gase über den Werkstücken erzielt. Polglich ist die auf den Werkstücken in der Kammer IO aufgebracht Schicht in hohem Maße gleichförmig.

In einer speziellen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die auf jedem der Werkstücke 12 bis 15 aufgebrachte ladungsleitende Beschichtung vorteilhaft eine amorphe Bor-dotierte Siliciumschicht auf. Eine solche Polysiliciumschicht wird beispielsweise wird beispielsweise gebildet durch das Mischen von Gasen, die von den unter Druck stehenden Gasquellen 43 bis 45 kommen. Beispielsweise liefert die Gasquelle 43 3 % Silan (SiH^) in Argon (Ar) als Trägergas, die Quelle 44 liefert1 % Diboran (BgHg) in einem Argon-Trägergas, und die Quelle liefert reines verdünnendes Argongas. Die von den Quellen bis 45 gelieferten Gase strömen durch die Ventile 46 bis und werden dann in dem Ventil 42 gemischt. Beispielsweise beträgt nach der Mischung der Durchsatz des in die Kammer einströmenden Gases etwa 4,75 Ltr./min., die Zusammensetzung beträgt etwa 0,8 % SiH^, 0,2 % B₂Hg und 99,0 % Ar»

Durch Anlegen eines Hochfrequenz-(HF-)Potentials zwischen die Kathode 28 und die Anode 32 wird in der Reaktionskammer 10 gemäß Figur 1 eine Plasmaentladung erzeugt. Ein beispielsweise mit 13,56 Megahertz arbeitender HF-Generator 50 ist über ein herkömmliches HF-Impedanzanpaßnetzwerk 52 an die Kathode 28 angeschlossen* Die Anode 32 ist an ein Bezugspotential, wie z. B. Masse gelegt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Leitung 34 aus einem geeigneten Metall besteht und die Leitung geerdet wird.

Der in der Reaktionskammer 10 herrschende Druck beträgt beispielsweise etwa ein Torr. Die an die Kammer gegebene Eingangsleistung beträgt etwa 6 Watt. Vorteilhaft wird die Anodentemperatur auf etwa 200 C gehalten. Dies geschieht beispielsweise durch eine gewöhnliche Heizeinheit 54. Unter diesen speziellen Bedingungen wurde eine gleichförmige Schicht auf den Werkstücken 12 bis 15 mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 nm/min. niedergeschlagen. Die Niederschlagungsgeschwindigkeit kann in einfacher Weise durch selektives Steuern der Gaszusammensetzung, des Gasdrucks, des Gasdurchsatzes oder der Eingangsleistung variiert werden. ·

In der Praxis erwies sich eine lädungsleitende Schicht der spezifizierten Art mit einer Dicke im Bereich von 50 bis 100 nm als vorteilhaft. Eine solche Schicht entspricht gut einer Vielfalt darunterliegender Oberflächen

und zeigt t3φischerweise zu diesen eine gut abgestufte Abdeckung. Außerdem kann eine solche Schicht gut mit hoher Auflösung durch Trockenätzen unter Verwendung eines darüberliegenden ladungspartikelempfindlichen Resistmaterials als Ätzmaske mit einem Muster versehen werden. Das Ätzen der Schicht kann in einem herkömmlichen Plasma erfolgen, beispielsweise in CF^ und O₂ oder C₂Fg und Cl₂ oder C₂Fg und CF^Cl oder CF-^Cl oder CHF^. Weiterhin kann die mit einem Muster versehene Schicht selbst als Ätzmaske verwendet werden, um das darin befindliche Muster in eine darunterliegende Schicht zu übertragen, wie es im folgenden noch detailliert beschrieben wird.

Weiterhin zeigt eine ladungsleitende Schicht der oben spezifizierten Art eine relativ geringe Zugspannung (beispielsweise weniger als etwa 2 χ ICr dyn/cm ). Eine Schicht mit einer derart geringen Zugspannung ist insofern vorteilhaft, weil sie nur sehr geringe Neigung zum Ablösen aufweist und sie darüberhinaus'praktisch keine Beschädigung des Werkstücks, auf dem sie aufgebracht ist, hervorruft.

Bei relativ niedrigen elektrischen Feldstärken verhält sich die erwähnte Schicht 16 als selbstleitender Halbleiter. Bei relativ hohen Feldstärken jedoch mit denen

man es bei der Ladungspartikelstrahl -Lithographie typischerweise zu tun hat, wird der Film leitend und dient als wirksamer Entladungsweg, um die Ansammlung, irgendeiner wesentlichen Menge von Ladungen in dem Werkstück zu verhindern.

Gemäß Figur 3 ist lediglich der obere Abschnitt der erläuterten ladungsleitenden Schicht 16 mit einer Resistschicht 56 überzogen. Die Schicht 56 besteht aus irgendeinem geeigneten Negativ- oder Positiv-Resistmaterial, das sich für ein Strahlungspartikelstrahl-Belichtungssystem eignet. Es sind verschiedene derartige Materialien bekannt, die bezüglich Elektronen- und/oder Ionenstrahlen empfindlich sind. Typischerweise binden sich solche Materialien selbst an die erwähnte Schicht 16 mit großem Haftungsvermögen. Durch selektives Bestrahlen und anschließendes Entfernen von spezifizierten Bereichen dieses Materials wird dort ein vorbestimmtes Muster gezeichnet. Danach wird in einem herkömmlichen Verfahrensablauf das in der Resistschicht 56 definierte Muster in die darunterliegende Schicht 20 übertragen. Hierbei wird gemäß dem von der Anmelderin verwendeten Verfahrensablauf das Muster in der Resistschicht 56 zuerst in die ladungsleitende Schicht und anschließend in die darunterliegende Schicht 20 übertragen.

Als Beispiel sei angeführt, daß die hier spezifizierte ladungsleitende Schicht verfahrenskompatibel und speziell geeignet ist mit, bzw. für Elektronenstrahl-Resistmaterialien wie z, B. Poly-(glycidyl-methacrylat-co-äthyl-acrylat), auch bekannt als COP, Poly-Cglycidyl-methacrylat-cochlorostyren), auch bekannt als GMC und Poly-(olefinsulfon), auch bekannt als PBS.

In der Praxis wird der in Figur 3 dargestellte resistbeschichtete Wafer typischerweise in einer Kassetteneinheit montiert. Die Kassetteneinheit wiederum wird in eine Ladungspartikelstrahl-Lithographieanlage gegeben, um die Resistschicht 56 mit einem Muster zu versehen. Eine solche herkömmliche Kassetteneinheit 60 ist in Figur 4 im Querschnitt dargestellt. '

Die Kassetteneinheit 60 gemäß Figur 4 weist ein Rahmenelement 62 in Form eines umgedrehten L auf. Die Einheit 60 weist weiterhin eine Rückplatte 64 aus leitendem Material wie z. B. Aluminium, und eine Feder 66 aus leitendem Material, wie z. B. Beryllium-Kupfer auf. Ein Ende der Feder ist beispielsweise mit einer Schraube 68 an der Unterseite des Rahmens 62 befestigt. Wenn die Kassetteneinheit 60 in einer Lithographieanlage montiert ist, wird der Rahmen 62 der Einheit 60 elektrisch auf Bezugspotential, z. B. Masse gelegt.

Um ein resistbeschichtetes Werkstück in der Kassetteneinheit 60 gemäß Figur 4 zu montieren, werden die Schraube 68 und die dazugehörige Feder 66 von dem Rahmen 62 genommen. Die Rückplatte 64 wird dadurch losgelassen und kann von der Einheit abgenommen werden. Bei bezüglich der Darstellung gemäß Figur 4 umgedrehtem Rahmen 62 wird das Werkstück (umgekehrt gemäß Darstellung in Figur 3) in die Einheit 60 eingelegt» Dann werden Rückplatte 64 und die Haltefeder 66 zusammengebaut, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Auf diese Weise werden Ober- und Unterseite des resistbeschichteten Werkstücks in sicherem elastischem Eingriff mit dem Rahmen 62 und der Rückplatte 64 gehalten. Um das Werkstück nicht unerwünschten Spannungen auszusetzen und es möglicherweise zu verziehen, sind die Seiten des Werkstücks typischerweise so ausgelegt, daß sie den Rahmen 62 nicht berühren. Wenn das Werkstück in der in Figur 4 dargestellten Weise angeordnet ist, wird die leitende Rückplatte 64 in gutem elektrischen Kontakt mit dem oben erwähnten Umfangsabschnitt auf der Unterseite der ladungsleitenden Schicht 16 gehalten. Folglich wird durch einen Elektronen- oder Ionenstrahl während lithographischer Ausrichtung oder während des lithographischen Schreibens niedergeschlagene Ladung durch die Schicht 16 auf Masse abgeleitet. Eine Ladungsansammlung in oder auf dem dargestellten Werkstück wird dadurch wesentlich herabgesetzt. Dadurch werden Ausrichtungs- oder Musteranordnungsfehler, die durch Wirkungen

einer solchen Ladungsansammlung entstehen, praktisch ausgeschaltet.

Die oben erläuterte ladungsleitende Schicht 16 macht die bisher angewendete Methode überflüssig, vor der Bestrahlung der Resistschicht in einer Lithographieanlage die Isolierschichten (beispielsweise .Oxidschichten) von der Unterseite des Wafers 18 zu entfernen. Dadurch, daß diese Isolierschichten bleiben können, wird der Verfahrensablauf vereinfacht, und darüber hinaus wird die Wahrscheinlichkeit, daß während des Entfernens solcher Schichten Spannungen entstehen und ein Verziehen des Wafers bewirken, zu Null gemacht.

Es ist von Bedeutung, daß in die und von der erwähnten leitungsleitenden Schicht "Bilder" mit hoher Auflösung übertragen werden können, indem herkömmliche Trockenätzverfahren Anwendung finden. Dieses charakteristische Merkmal der Schicht macht sie besonders attraktiv für die Verwendung bei dem Stufenprofil-Dreischichtmuster-Erzeugungsverfahren, das von J. M. Moran und D. Maydan in "High Resolution, Step Profile, Resist Patterns», erschienen in The Bell System Technical Journal, volume 58, Nr. 5 (Mai-Juni 1979) auf den Seiten 1027-1036 beschrieben ist.

Figur 5 zeigt die Anwendung der Erfindung auf das oben erwähnte Dreischichtenmuster-Erzeugungsverfahren. Gemäß Figur 5 sind die ladungsleitende Schicht 16, der Wafer 18 und die Resistschicht 56 mit denselben Bezugszeichen versehen, wie in den Figuren 2 bis 4. Figur 5 zeigt ferner leitende Elemente 70 und 72 und eine Isolierschicht 64 mit nicht-ebener Oberseite. Gemäß einer typischen Herstellungs-Ablauffolge für integrierte Schaltungen soll die Schicht 64 mit einem Muster versehen werden, um dort ausgerichtet mit den Elementen 70 und 72 Fenster zu bilden.

Wie in dem genannten Artikel ausgeführt ist, wird vorteilhaft eine relativ dicke Opferschicht 76 auf der Oberseite der Schicht 74 aufgebracht. In einem speziellen Beispiel weist die Schicht 76 eine 2,6 Mikrometer dicke Schicht aus HPR-204-Fotoresist auf, das von der Firma Hunt Chemical Company hergestellt wird. Die Oberseite der relativ dicken Schicht 76 ist im wesentlichen eben. Wie oben ausgeführt, wird eine dünne Zwischen-Maskierungsschicht, beispielsweise aus Siliciumdioxid, auf der Oberseite der Schicht 76 gebildet. Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung fungiert die ladungsleitende Schicht 16 selbst als diese Zwischenschicht. Nach dem Belichten und Entwickeln der darüberliegenden Resistschicht 56 wird die Schicht 16 trocken-geätzt (beispielsweise durch reaktives CHF^-Ionenätzen). Dann wird die dicke Schicht 76 beispielsweise durch reaktives Sauerstoffionenätzen unter Verwendung der Schicht 1

als Ätzmaske trocken-geätzt. Hierdurch erzielt man eine unter dem Mikrometerbereich liegende Auflösung mit im wesentlichen vertikalen Wänden in der dicken Schicht 76» Dann schließen sich nachfolgende herkömmliche VerarbeitungS"=> schritte an. Typischerweise bestehen diese Schritte in dem Entfernen der dargestellten Struktur der Schicht 76* des Films 16 und der Schicht 56.

Auf diese Weise kann, wie es in Figur 5 dargestellt und oben erläutert wurde, die Schicht 16 in vorteilhafter Weise im Zuge des Herstellungsablaufs von integrierten Schaltungen verwendet werden, um dort die Ladungsansammliing zu minimieren j die Schicht dient darüber hinaus als Zwischen-= maskierungsschicht bei der erwähnten Breischichtenmuster·-=' Erzeugungsmethode.

Claims (6)

1. Patentansprüche V

   Verfahren zum Herstellen integrierter Schaltungen, bei dem auf der Hauptoberfläche eines Wafers eine erste Schicht (76) gebildet, auf dieser eine Resistschicht (56) aufgebracht, eine eine Oberfläche der Resistschieht berührende leitende Schicht (16) gebildet und in der Resistschicht ein Muster gezeichnet wird, indem sie selektiv einem Ladungspartikelstrahl ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (16) zwischen der ersten Schicht und der Resistschicht vorgesehen wird, das in der Resistschicht gebildete Muster auf die leitende Schicht übertragen wird und die leitende Schicht als Maske zum Übertragen des Musters auf die erste Schicht verwendet wird.

   München: R. Krarner Dipl.-Ing. · W. Wesor Dlpl.-Phys. Dr. rer. nat, · E. Hoffmann Dlpl.-Ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach DIpI-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing.,Pat.-Ass.^Pat.-Anw.bis 1979 . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht eine relativ dicke Opferschicht ist, deren Oberseite im wesentlichen eben ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine dotierte Polysiliciumschicht aufweist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine durch Plasmaniederschlagung gebildete Bor-dotierte PoIysiliciumschicht von etwa 50 - 100 nm Dicke aufweist.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,

   dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht auch an den Seiten des ¥afers und auf einem Umfangsabschnitt der anderen Hauptoberfläche des Wafers gebildet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer in einem Halter (60) einer Ladungspartikelstrahl-Lithographieanlage montiert wird, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Umfangsabschnitt der leitenden Schicht und einem Bezugspotentialpunkt zu schaffen, um Ladung von der leitenden Schich-6 abzuleiten.