DE3428564C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Mo­ lybdänschicht, bei welchem entsprechend dem Muster einer Maske durch optische Übertragung unter Verwendung einer Schicht eines lichtem­ pfindlichen Materials ein auf der Molybdänschicht angeordnetes Mu­ ster erzeugt wird. Ein solches Verfahren ist von Bedeutung bei der Herstellung integrierter Schaltungen und führt zur Verringerung von Reflexionen von den Oberflächen von Molybdänteilen, auf denen in Verbindung mit deren photolithographischer Bemusterung lichtempfind­ liche Materialien abgeschieden sind.

Ein Verfahren der vorgenannten Art ist in der DE-OS 30 39 622 beschrieben.

In der DE-OS 30 00 746 ist die Herstellung von mikroskopisch kleinen Strukturen mittels Photolithographie unter Verwendung einer reflek­ tionsvermindernden Schicht aus Titandioxid beschrieben.

Der Druckschrift "Appl. Phys. Letters", 41, Heft 5, September 1982, 446-448 ist Titannitrid als reflektionsvermindernd zu entnehmen.

Metallschichten, wie Molybdän, werden im allgemeinen gegen En­ de des Herstellungsverfahrens auf eine integrierte Schaltung aufge­ bracht. 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 Metallschicht durch optisch-lithographische Tech­ niken erfolgt, führen das hohe Reflexionsvermögen der Metallschicht und das Vorliegen von Stufen in dem Substrat zu ungleichförmiger Be­ lichtung des Photoresists und somit zur Unregelmäßigkeit des darauf erzeugten Musters. So waren Linienbreiten des in die Metallschicht unter Verwendung des bemusterten Photoresists geätzten Musters un­ gleichförmig in der Nachbarschaft der Stufen. Linienbreiten eines Musters in der planare Teile des Substrats überlagernden Metall­ schicht waren auch ungleichförmig, da Reflexionen stehende Wellen von Strahlung hervorrufen, was zu ungleichförmiger Belichtung des Photoresists führt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Erzielung praktisch gleichförmiger Belichtung einer lichtempfindli­ chen Schicht, die über einer reflektierenden Oberfläche einer Schicht aus Molybdän einer integrierten Schaltungswafer liegt. Wei­ ter 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 Verfah­ ren für deren Herstellung kompatibel ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf der Molybdänschicht zur Verringerung der Reflexionen von der Molyb­ dänschicht eine Schicht aus Molybdännitrid gebildet und die Schicht aus lichtempfindlichem Material auf der Molybdännitridschicht abge­ schieden wird.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1 Kurven der relativen Reflexion von Schichten aus Mo­ lybdännitrid verschiedener Dicken auf einer Schicht aus Molybdän, im Vergleich zur Reflexion von Aluminiumoberfläche als Funktion der Wellenlänge zeigt. Die Kurven zeigen auch die relative Reflexion von Schichten aus durch Zerstäuben aufgebrachtem Molybdän und angelasse­ nem Molybdän im Vergleich zur Reflexion von einer Aluminiumoberflä­ che als Funktion der Wellenlänge und

Fig. 2 eine Schnittansicht einer zur Beschreibung einer Aus­ führungsform der Erfindung brauchbaren Struktur wiedergibt.

Bezug genommen wird nun auf Fig. 1, die Kurven der Lichtre­ flexion 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 Siliziumwafer erhalten, auf der eine 300 nm (3000 Å) dicke Molybdänschicht durch Zerstäuben aufgebracht worden war, indem man die Reflexionen bei aufeinanderfolgenden Wellenlängen im Bereich von 200 bis 400 nm, von deren Oberfläche maß und die mit Reflexio­ nen bei entsprechenden Wellenlängen von der Oberfläche einer Alumi­ nium-Bezugsfläche verglich. Kurve 12 wurde mit einer Siliziumwafer erhalten, auf der eine 300 nm (3000 Å) dicke Molybdänschicht abge­ schieden und anschließend 30 min bei 1000°C angelassen worden war, indem man die Reflexionen bei aufeinanderfolgenden Wellenlängen im Bereich von 200 bis 400 nm von deren Oberfläche maß und sie mit Reflexionen bei entsprechenden Wellenlängen von der Oberfläche einer Aluminium-Bezugsfläche verglich. Kurve 13 wurde unter Verwendung ei­ ner Siliziumwafer erhalten, auf der eine Schicht aus Molybdän durch Zerstäuben abgeschieden wurde, auf der wiederum eine 40 nm (400 Å) dicke Schicht aus Molybdännitrid (Mo₂N) aufgewachsen war. Die Mo­ lybdännitridschicht wurde durch Einbringen des Substrates mit der Molybdänschicht darauf in einen horizontalen Ofen mit offenem Rohr aufgewachsen, worin ein Strom aus Ammoniak und Stickstoff im Ver­ hältnis von 10 Vol.-% Ammoniak, Rest Stickstoff, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min aufrechterhalten wurde. Das Sub­ strat schob man in die Zone des Ofens, in der eine Temperatur von etwa 500°C herrschte. Das Substrat wurde dem Ammoniak- und Stick­ stoffstrom in dem Ofen für 10 min ausgesetzt, worauf man es aus dem Ofen entfernte. Eine Schicht aus Molybdännitrid von etwa 40 nm (etwa 400 Å) Dicke bildete sich während dieser Zeit über dem nicht umge­ setzten Teil der Molybdänschicht, haftete daran und bedeckte die Oberschicht der Molybdänschicht vollständig. Die Reflexionen von der Oberfläche der Schicht aus Molybdännitrid von 40 nm (400 Å) Dicke wurde mit Re­ flexionen von der Oberfläche einer Aluminium-Bezugsfläche für auf­ einanderfolgende Wellenlängen verglichen. Die Kurven 14, 15, 16 und 17 zeigen relative Reflexionen für Wafer oder Substrate aus Molyb­ dän, auf denen Schichten aus Molybdännitrid von 60, 80, 140 bzw. 220 nm (600, 800, 1400 bzw. 2000 Å) aufgewachsen waren, im Vergleich zu Reflexionen von einer Aluminium-Bezugsfläche als Funktion der Wel­ lenlänge. 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 Ofentempe­ raturen von 550, 600, 650 bzw. 700°C aufgewachsen. Eine Prüfung der Kurven 13 bis 17 für Schichten aus Molybdännitrid (Mo₂N) nach und nach zunehmender Dicke auf einer durch Zerstäuben aufgebrachten Molybdänschicht macht klar, daß im Vergleich zur Reflexion von ei­ ner durch Zerstäuben aufgebrachten Molybdänschicht, wie in Kurve 11 gezeigt, und auch im Vergleich zu Reflexionen von einer angelassenen Schicht aus Molybdännitrid, im Durchschnitt die Absorption von Strahlung zunimmt und somit die Reflexion mit zunehmender Dicke des Molybdännitrids abnimmt.

Die in den Figuren gezeigten Kurven gelten für relative Re­ flexionen von den angegebenen Schichten in Luft. Diese Kurven gelten näherungsweise für Reflexionen von den angegebenen Schichten in ei­ nen Photoresist.

Die Kurven von Fig. 1 können leicht dazu herangezogen werden, die relative Reflexion einer bestimmten Dicke von Molybdännitrid, die auf eine Molybdänschicht aufzubringen oder zu bilden ist, zu er­ halten, um Reflexionen bei deren Bemusterung minimal zu halten. An­ genommen z. B. eine Wellenlänge von etwa 250 nm soll für die Bestrah­ lung eines über der Molybdännitridschicht aufzubringenden Photore­ sists, z. B. Polymethylmethacrylat, das für diese Wellenlänge em­ pfindlich ist, angewandt werden. Betrachtet man die Kurven der Fig. 1, wird klar, daß Kurve 16 für eine Dicke des Molybdännitrids von 140 nm (1400 Å) auf einer Schicht aus durch Zerstäuben aufgebrachtem Molybdän die Reflexion auf etwa 35% der Reflexion von einer Alumi­ niumoberfläche verringern würde, und folglich wurde diese Dicke des Molybdännitrids angewandt.

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

Ein besonderer Vorteil der Verwendung von Molybdännitrid, ne­ ben der erwünschten Eigenschaft der Verringerung von Reflexionen von einer Oberfläche aus durch Zerstäuben aufgebrachtem Molybdän zu ei­ ner darüber liegenden Photoresistschicht, ist der, daß es mit der nachfolgenden Bearbeitung des Substrats mit dem Molybdänmuster dar­ auf kompatibel ist. Die auf dem Leiter aus Molybdän gebildete Molyb­ dännitridschicht reduziert den Durchgang implantierter und mobiler Ionen und auch die Bildung von Oxiden darauf und die Erosion von Mo­ lybdän durch verschiedene chemische Mittel, wie Salpetersäure und Wasserstoffperoxid, die bei der Herstellung integrierter Schaltungen unter Verwendung von Molybdänleitern verwendet werden. Nach dem Be­ mustern 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 Sauer­ stoff. Die Molybdänschicht wurde von diesem Gasgemisch mit etwas ge­ ringerer Geschwindigkeit geätzt als die Schicht aus Molybdännitrid.

Wenn gewünscht, kann die Molybdännitridschicht auf der Molyb­ dänschicht bleiben, um den angegebenen Schutz zu bieten, oder sie kann mit einem geeigneten Ätzmittel, wie oben erwähnt, entfernt wer­ den oder alternativ in Molybdän umgewandelt werden, indem das Molyb­ dännitrid einer reduzierenden Wasserstoffatmosphäre bei geeigneter Temperatur und ausreichend lange ausgesetzt wird.

Bezug genommen wird nun auf Fig. 2, die einen Schnitt durch eine Struktur 20 zeigt, die zur Beschreibung einer speziellen Anwen­ dung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbar ist. Ein Substrat 21 aus Silizium-Halbleitermaterial des p-Typs von etwa 254 µm Dicke mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ω cm und mit einer Hauptoberfläche 22 parallel zur (100)-Ebene des Kristalls wird vor­ gelegt. Das Substrat wird gereinigt und danach bei 1000°C in trockenem Sauerstoff oxidiert, um eine Schicht 23 von Siliziumdioxid mit einer Dicke von 100 nm (1000 Å) wachsen zu lassen. Eine Schicht 24 aus Molybdän von 300 nm (3000 Å) Dicke wird auf der Oxidschicht unter Verwendung einer herkömmlichen Zerstäubungsapparatur aufge­ bracht, wozu man ein Target aus Molybdän vorlegt und durch ein Inertgas-Ionen-Bombardement des Targets das Molybdän sich auf der Schicht 23 aus Siliziumdioxid abscheiden läßt. Danach wird das Sub­ strat 21 mit der Schicht 24 aus Molybdän in einen Ofen mit einem ho­ rizontalen offenen Rohr gebracht, worin ein Strom aus Ammoniak und Stickstoff im Verhältnis von 10 Vol.-% Ammoniak, Rest Stickstoff, mit einer Geschwindigkeit von 2 l/min aufrechterhalten wird. Das Substrat wird in den Bereich des Ofens geschoben, in dem die Tempe­ ratur von etwa 650°C 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 Å) Dicke bildet sich während dieser Zeit über dem nicht um­ gesetzten Teil der Molybdänschicht, haftet an diesem und bedeckt da­ bei die obere Schicht der Schicht 24 aus Molybdän vollständig.

Wie oben erwähnt, reduziert eine Schicht aus Molybdännitrid dieser Dicke die Reflexion von der Molybdännitridschicht 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 Photo­ resist wäre ein solcher, der bei einer Wellenlänge von 250 nm em­ pfindlich ist, wie PMMA (Polymethylmethacrylat). Das Substrat 20 mit den verschiedenen Materialschichten darauf wird dann in eine geeig­ nete Vorrichtung gebracht, wie in eine photolithographische Projek­ tions- oder Druckvorrichtung, die bei etwa 250 nm arbeitet, um ein Bild in dem Photoresist zu erzeugen, das dann entwickelt wird. Der entwickelte Photoresist wird zum Ätzen eines Musters in die mit Mo­ lybdännitrid bedeckte Molybdänschicht verwendet. Das Ätzen des Mu­ sters erfolgt unter Verwendung eines geeigneten Trockenätzmittels, wie eines Gemischs aus Tetrachlorkohlenstoff und Sauerstoff, wie oben beschrieben. Der Photoresist wurde dann entfernt. Die anfallen­ de Struktur wäre, je nach der letztlich gewünschten Struktur in der integrierten Schaltung, Gegenstand einer Weiterverarbeitung.

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

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Molybdänschicht, bei wel­ chem entsprechend dem Muster einer Maske durch optische Übertragung unter Verwendung einer Schicht eines lichtempfindlichen Materials ein auf der Molybdänschicht angeordnetes Muster erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Molybdänschicht zur Verringerung der Reflexionen von der Mo­ lybdänschicht eine Schicht aus Molybdännitrid gebildet und die Schicht aus dem lichtempfindlichem Material auf der Molybdännitrid- Schicht abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Molybdännitrid-Schicht auf der Molybdänschicht gebildet wird, indem die Molybdänschicht Ammoniakdämpfen eine zeitlang bei erhöhter Temperatur zur Bildung der Molybdännitrid-Schicht ausgesetzt wird, so daß der Molybdännitrid-Film mit der Zusammensetzung Mo₂N ge­ bildet wird.

3. 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 2000 Å) gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliches Material ein Photoresist mit einer spektralen Empfindlichkeit im Bereich von etwa 20 bis etwa 40 nm (etwa 200 bis etwa 400 Å) verwendet wird.