DE3428564A1

DE3428564A1 - Antireflexionsueberzug fuer molybdaen

Info

Publication number: DE3428564A1
Application number: DE19843428564
Authority: DE
Inventors: Dale Marius Schenectady N.Y. Brown; Manjin Jerome Kim
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-08-22
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1985-03-14
Also published as: GB2145539B; JPH0367260B2; JPS6076736A; GB8416974D0; DE3428564C2; GB2145539A

Description

Antxreflexxonsuberzug für Molybdän

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung integrierter Schaltungen und insbesondere auf die Verringerung von Reflexionen von den Oberflächen von Molybdänteilen, auf denen lichtempfindlichen Materialien abgeschieden sind, in Verbindung mit deren photolithographischer Bemusterung.

Metallschichten, wie Molybdän, werden im allgemeinen gegen Ende des Herstellungsverfahrens auf eine integrierte Schaltung aufgebracht. Die Oberfläche der Wafer, auf der die integrierte Schaltung gebildet wird, ist im allgemeinen an dieser Stelle des Verfahrens nicht planar und zeichnet sich häufig durch scharfe Stufen aus. Wenn das Bemustern der Me-

tallschicht durch optisch-lithographische Techniken erfolgt, führen das hohe Reflexionsvermögen der Metallschicht und das Vorliegen von Stufen in dem Substrat zu ungleichförmiger Belichtung des Photoresists und somit zur Unregelmäßigkeit des darauf erzeugten Musters. So wären Linienbreiten des in die Metallschicht unter Verwendung des bemusterten Photoresists geätzten Musters ungleichförmig in der Nachbarschaft der Stufen. Linienbreiten eines Musters in der planare Teile des Substrats überlagernden Metallschicht wären auch ungleichförmig, da Reflexionen stehende Wellen von Strahlung hervorrufen, was zu ungleichförmiger Belichtung des Photoresists führt.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzielung praktisch gleichförmiger Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht zu schaffen, die über einer reflektierenden Oberfläche einer Schicht aus Molybdän einer integrierten Schaltungswafer liegt. Weiter soll die Erfindung ein Verfahren zur Verfügung stellen, das die nachteilige Wirkung minimal hält, die die reflektierende Oberfläche einer Schicht aus Molybdän bei der Herstellung von integrierten Schaltungen hervorruft, das einfach und mit den bestehenden Verfahren für deren Herstellung kompatibel ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Molybdänschicht für die optische übertragung eines Musters von einer mit dem Muster bedruckten Maske mit Hilfe einer Schicht aus einem lichtempfindlichen Material. Gemäß einem Aspekt des Verfahrens wird die Molybdänschicht Ammoniakdämpfen bei einer Temperatur und für eine Zeit zur Bildung einer Schicht aus Molybdännitrid auf der Molybdänschicht ausgesetzt, um Reflexionen von der Molybdänschicht zu verringern, und anschließend wird die Schicht aus lichtempfindlichem Material auf der Schicht aus Molybdännitrid abgeschieden.

Die neuen Merkmale, die für die vorliegende Erfindung für charakteristisch angesehen werden, sind im einzelnen in den

Ansprüchen angegeben. Die Erfindung selbst ist sowohl hinsichtlich Organisation als auch Arbeitsweise, zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen, am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den Figuren zu verstehen;

Fig. 1 zeigt Kurven der relativen Reflexion von Schichten aus Molybdännitrid verschiedener Dicken auf einer Schicht aus Molybdän, im Vergleich zur Reflexion von Aluminiumoberfläche als Funktion der Wellenlänge. Die Kurven zeigen auch die relative Reflexion von Schichten aus durch Zerstäuben aufgebrachtem Molybdän und angelassenem Molybdän im Vergleich zur Reflexion von einer Aluminiumoberfläche als Funktion der Kellenlänge.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer zur Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung brauchbaren Struktur.

Bezug genommen wird nun auf Fig. 1, die Kurven der Lichtreflexion von einer Molybdänoberfläche, bedeckt mit verschiedenen Dicken Molybdännitrid, im Vergleich zur Reflexion von einer blanken Aluminiumfläche als Funktion der Wellenlänge zeigt. Die Kurve 11 wurde mit einer Siliciumwafer, auf der eine 300 nm (3000 X) dicke Molybdänschicht durch Zerstäuben aufgebracht worden war, durch Messen der Reflexionen bei aufeinanderfolgenden Wellenlängen im Bereich von 200 bis 400 nm, erhalten von deren Oberfläche, und durch Vergleichen der Reflexionen bei entsprechenden Wellenlängen von der Oberfläche einer Aluminium-Bezugsfläche, erhalten. Kurve 12 wurde mit einer Siliciumwafer, auf der eine 300 nm (3000 S) dicke Molybdänschicht abgeschieden worden und anschließend 30 min bei 1000 C angelassen worden war, durch Messen der Reflexionen bei aufeinander folgenden Wellenlängen im Bereich von 200 bis 400 nm, erhalten von deren Oberfläche, und durch Vergleichen der Reflexionen bei entsprechenden Wellenlängen von der Oberfläche einer Aluminium-Bezugsfläche erhalten. Kurve 13 wurde unter Verwendung einer Siliciumwafer, auf der

eine Schicht aus Molybdän durch Zerstäuben abgeschieden worden war, auf der wiederum eine 40 nm (400 R ) dicke Schicht aus Molybdännitrid (MO₂N) aufgewachsen war, erhalten. Die Molybdännitridschicht wurde durch Einbringen des Substrats mit der Molybdänschicht darauf in einen horizontalen Ofen mit offenem Rohr aufgewachsen, worin ein Strom aus Ammoniak und Stickstoff im Verhältnis von 10 Vol.-% Ammoniak, Rest Stickstoff, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min aufrecht erhalten wurde. Das Substrat wurde in die Zone des Ofens geschoben, in dem eine Temperatur von etwa 500 C herrschte. Das Substrat wurde dem Ammoniak-und Stickstoffstrom in dem Ofen für 10 min ausgesetzt, worauf es aus dem Ofen entfernt wurde. Eine Schicht aus Molybdännitrid von etwa 40 nm (etwa 400 S) Dicke bildete sich während dieser Zeit über dem nicht umgesetzten Teil der Molybdänschicht und daran haftend, dabei die Oberschicht der Molybdänschicht vollständig bedeckend. Das vorerwähnte Verfahren der Bildung von Molybdännitrid auf einer Molybdänschicht ist in der eigenen USSN 362 682 (vom 29.3.1982) beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird. Die Reflexion von der Oberfläche der Schicht aus Molybdännitrid von 40 nm (400 A) Dicke wurde mit Reflexionen von der Oberfläche einer Aluminium-Bezugsfläche für aufeinanderfolgende Wellenlängen verglichen. Die Kurven 14, 15, 16 und 17 zeigen relative Reflexionen für Wafern oder Substrate aus Molybdän, auf denen Schichten aus Molybdännitrid von 60, 80, 140 bzw. 220 nm (600, 800, 1400 bzw. 2200 8) aufgewachsen waren, im Vergleich zu Reflexionen von einer Aluminium-Bezugsfläche als Funktion der Wellenlänge. Jede dieser Schichten aus Molybdännitrid mit Dicken von 60, 80, 140 und 220 nm wurde in 10 min auf Schichten aus Molybdän nach dem oben beschriebenen Verfahren unter Anwendung von Ofentemperaturen von 550, 600, 650 bzw. 700 C aufgewachsen. Eine Prüfung der Kurven 13 bis für Schichten aus Molybdännitrid (MO₂N) nach und nach zunehmender Dicke auf einer durch Zerstäuben aufgebrachten Molybdänschicht macht klar, daß im Durchschnitt die Absorption von

Strahlung zunimmt und somit die Reflexion mit zunehmender Dicke des Molybdännitrids abnimmt, im Vergleich zur Reflexion von einer durch Zerstäuben aufgebrachten Molybdänschicht, wie in Kurve 11 gezeigt, und auch im Vergleich zu Reflexionen von einer angelassenen Schicht aus Molybdännitrid.

Die in den Figuren gezeigten Kurven sind für relative Reflexionen von den angegebenen Schichten in Luft. Diese Kurven gelten näherungsweise für Reflexionen von den angegebenen Schichten in einen Photoresist.

Die Kurven von Fig. 1 können leicht dazu herangezogen werden, die relative Reflexion einer bestimmten Dicke an Molybdännitrid, die auf eine Molybdänschicht aufzubringen oder zu bilden ist, zu erhalten, um Reflexionen bei deren Bemusterung minimal zu halten. Angenommen z.B. eine Wellenlänge von etwa 250 nm soll für die Bestrahlung eines Photoresists, z.B. Polymethylmethacrylat, das für diese Wellenlänge empfindlich ist, aufzubringen über der Molybdännitridschicht, angewandt werden. Betrachtet man die Kurven der Fig. 1, wird klar, daß Kurve 16 für eine Dicke des Molybdännitrids von 140 nm (1400 8) auf einer Schicht aus durch Zerstäuben aufgebrachtem Molybdän die Reflexion auf etwa 35 % der Reflexion von einer Aluminiumoberfläche verringern würde, und folglich würde diese Dicke des Molybdännitrids angewandt.

Andere Kurven, wie die Kurven 13 bis 17, können experimentell für Dicken von Molybdännitrid unter 40 nm (400 S) und über 220 nm (2200 A*) und auch für Dickenwerte zwischen den Dickenwerten der Kurven, wenn gewünscht, erhalten werden. Auch könnten die Kurven, wenn gewünscht, auf Wellenlängen unter 200 und über 400 nm ausgedehnt werden.

Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Molybdännitrid neben der erwünschten Eigenschaft der Verringerung von Reflexionen von einer Oberfläche aus durch Zerstäuben aufgebrach-

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tem Molybdän zu einer darüber liegenden Photoresist-Schicht ist der, daß es mit der nachfolgenden Bearbeitung des Substrats mit dem Molybdänmuster darauf kompatibel ist. Die auf dem Leiter aus Molybdän gebildete Molybdännitrid-Schicht reduziert den Durchgang implantierter und mobiler Ionen und auch die Bildung von Oxiden darauf und die Erosion von Molybdän durch verschiedene chemische Mittel, wie Salpetersäure und Wasserstoffperoxid, die bei der Herstellung integrierter Schaltungen unter Verwendung von Molybdänleitern verwendet werden. Nach dem Bemustern des Photoresists wird ein geeignetes trockenes Ätzmittel zum Ätzen der Schichten aus Molybdännitrid und der Schicht aus Molybdän verwendet, z.B. ein Gemisch aus Tetrachlorkohlenstoff und Sauerstoff. Die Molybdänschicht würde von diesem Gasgemisch mit etwas geringerer Geschwindigkeit geätzt als die Schicht aus Molybdännitrid.

Wenn gewünscht, kann die Molybdännitrid-Schicht auf der Molybdänschicht bleiben, um den angegebenen Schutz zu bieten,oder sie kann mit einem geeigneten Ätzmittel, wie oben erwähnt, entfernt werden oder alternativ in Molybdän umgewandelt werden, indem das Molybdännitrid einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäre bei geeigneter Temperatur und ausreichend lange ausgesetzt wird, wie in der eigenen USSN 489 613 vom 28. April 1983 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt durch diese Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.

Bezug genommen wird nun auf Fig. 2, die einen Schnitt durch eine Struktur 20 zeigt, die zur Beschreibung einer speziellen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbar ist. Ein Substrat 21 aus Silicium-Halbleitermaterial des p-Typs von etwa 254 pm (10 mils) Dicke mit einem spezifischen Widerstand von 10Λση und mit einer Hauptoberfläche 22 parallel zur (100)-Ebene des Kristalls wird vorgelegt. Das Substrat wird gereinigt und danach bei 1000° in trockenem Sauerstoff oxidiert, um eine Schicht 23 von Siliciumdioxid mit einer Dicke von 100 nm

(1000 S) wachsen zu lassen. Eine Schicht 24 aus Molybdän von 300 nm (3000 °0 Dicke wird auf der Oxidschicht unter Verwendung einer herkömmlichen Zerstäubungsapparatur aufgebracht, worin ein Target aus Molybdän vorgelegt wird und ein Inertgasionen-Bombardement des Targets das Molybdän sich auf der Schicht 23 aus Siliciumdioxid abscheiden läßt. Danach wird das Substrat 21 mit der Schicht 24 aus Molybdän in einen Ofen mit einem horizontalen offenen Rohr gebracht, worin ein Strom aus Ammoniak und Stickstoff ijn Verhältnis von 10 VoI.-% Ammoniak, Rest Stickstoff, mit einer Geschwindigkeit von 2 l/min aufrecht erhalten wird. Das Substrat wird in den Bereich des Ofens geschoben, in dem die Temperatur von etwa 650 herrscht. Das Substrat wird dem Ammoniak/Stickstoff-Strom im Ofen für 10 min ausgesetzt, worauf es aus dem Ofen entnommen wird. Eine Schicht 25 aus Molybdännitrid von etwa 140 nm (1400 S) Dicke bildet sich während dieser Zeit über dem nicht umgesetzten Teil der Molybdänschicht und an diesem haftend, dabei die obere Schicht der Schicht 24 aus Molybdän vollständig bedeckend. Die vorerwähnte Methode der Bildung von Molybdännitrid auf einer Molybdänschicht ist in der vorerwähnten USSN 362 682 beschrieben. Wie oben erwähnt, reduziert eine Schicht aus Molybdännitrid dieser Dicke die Reflexion von der Molybdännitrid-Schicht auf 35 % der Reflexion, die von einer Aluminiumoberfläche bei 250 nm erhalten wird. Danach wird eine Schicht 26 eines geeigneten Photoresists auf einer Schicht aus Molybdännitrid abgeschieden. Der verwendete Photoresist wäre ein solcher, der bei einer Wellenlänge von 250 nm empfindlich ist, wie PMMA (Polymethylmethacrylat). Das Substrat 20 mit den verschiedenen Materialschichten darauf wird dann in eine geeignete Vorrichtung gebracht, wie in eine photolithographische Projektionsoder Druckvorrichtung, die bei etwa 250 nm arbeitet, um ein Bild in dem Photoresist zu erzeugen,, das dann entwickelt wird. Der entwickelte Photoresist wird zum Ä'tzen eines Musters in die mit Molybdännitrid bedeckte Molybdänschicht verwendet. Das Ätzen des Musters erfolgt unter Verwendung eines geeigneten Trockenätzmittels, wie eines Gemischs aus Tetrachlorkohlen-

stoff und Sauerstoff, wie oben beschrieben. Der Photoresist würde dann entfernt. Die anfallende Struktur wäre Gegenstand einer Weiterverarbeitung, je nach der letztlich gewünschten Struktur in der integrierten Schaltung.

Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Molybdännitrid auf Molybdän als Antireflexionsschicht ist der, daß Molybdännitrid zum Schutz der Molybdänschicht verwendet werden könnte, wenn diese weiterverarbeitet würde, wie oben erwähnt. Wenn gewünscht, könnte die Molybdännitridschicht durch Reaktivionenätzung, wie oben beschrieben, entfernt werden. Die Molybdännitridschicht könnte auch durch Reduktion des Molybdännitrids in Molybdän rückumgewandelt werden, indem die Molybdännitrid-Schicht einer reduzierenden Atmosphäre, wie Wasserstoff, ausgesetzt wird,, wie in der vorerwähnten USSN 489 613 beschrieben.

Während die Erfindung in einer speziellen Ausführungsform beschrieben wurde, ist klar, daß Abwandlungen, wie die oben beschriebenen, vom Fachmann vorgenommen werden können, und durch dje Ansprüche sollen alle solche Abwandlungen und Abänderungen, die unter den eigentlichen Erfindungsgedanken fal len, gedeckt sein.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer Molybdänschicht zur optischen Übertragung eines Musters auf diese von einer mit dem Muster bedruckten Maske mit Hilfe einer Schicht eines lichtempfindlichen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Molybdännitrid auf der Molybdänschicht zur Verringerung der Reflexionen von der Molybdänschicht gebildet und die Schicht aus lichtempfindlicheni Material auf der Molyb dännitrid-Schicht abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdännitrid-Schicht auf der Molybdänschicht gebildet wird, indem die Molybdänschicht Ammoniakdämpfen bei einer Temperatur und für eine Zeit zur Bildung der Molybdännitrid-Schicht ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Molybdännitrid-FiIm die Zusammensetzung Mo₂N hat. .
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Molybdännitrid-Schicht im Bereich von etwa 40 bis etwa 220 nm (etwa 400 bis etwa 2200 &) gewählt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus lichtempfindlichem Material eine Schicht eines Photoresists mit einer Empfindlichkeit gegenüber Lichtwellenlängen im Bereich von etwa 20 bis etwa 40 nm (etwa 200 bis etwa 400 &) hat.