DE3428565A1

DE3428565A1 - Antireflexionsueberzug fuer optische lithographie

Info

Publication number: DE3428565A1
Application number: DE19843428565
Authority: DE
Inventors: Bruce Frederick Schenectady N.Y. Griffing
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1985-03-07
Also published as: JPS6074529A; GB2145243B; GB8416345D0; GB2145243A

Description

Antxreflexionsüberzug für optische Lithographie

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung integrierter Schaltungen und insbesondere auf die Verringerung von Reflexionen auf Oberflächen leitfähiger Teile, auf denen lichtempfindliche Materialien in Verbindung mit dem photolithographischen Bemustern abgeschieden sind.

Metallschichten werden im allgemeinen auf eine integrierte Schaltung gegen Ende des Verfahrens zu ihrer Herstellung aufgebracht. Die Oberfläche der Wafer, auf der die integrierte Schaltung gebildet wird, ist im allgemeinen nicht planar an dieser Stelle des Verfahrens und zeichnet sich häufig durch scharfe Stufen aus. Wenn das Aufmustern der Metallschicht nach den Techniken der optischen Lithographie erfolgt, führen das

hohe Reflexionsvermögen der Metallschicht und das Vorliegen von Stufen im Substrat zu ungleichförmiger Belichtung des Photoresists und folglich zur Unregelmäßigkeit in dem darin hervorgerufenen Muster. So würden Linienbreiten des in die Metallschicht unter Verwendung des bemusterten Photoresists geätzten Musters in der Nachbarschaft dieser Stufen ungleichförmig sein. Linienbreiten eines Musters in der planare Teile des Substrats überlagernden Metallschicht wurden auch ungleichförmig sein, da Reflexionen stehende Strahlungswellen hervorrufen, die zu einer ungleichförmigen Belichtung des Photoresists führen.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Erzielung praktisch gleichförmiger Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht, die über einer stark reflektierenden Oberfläche einer Schicht einer integrierten Schaltungswafer liegt.

Weiter soll die Erfindung ein Verfahren schaffen, das den nachteiligen Einfluß minimal hält, den reflektierende Oberflächen von Schichten solcher Materialien, wie Metalle, bei der Herstellung integrierter Schaltungen hervorrufen, das einfach und mit bestehenden Verfahren zur Herstellung kompatibel ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht reflektierenden Materials, wie eines Metalls, um ein Muster optisch darauf zu übertragen von einer Maske, die mit dem Muster bedruckt ist, mit Hilfe einer Schicht eines photoempfindlichen Materials. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Film amorphen Siliciums auf der Schicht des reflektierenden Materials abgeschieden, um Reflexionen der Schicht reflektierenden Materials zu reduzieren, und danach wird die Schicht aus lichtempfindlichem Material auf dem Film amorphen Siliciums abgeschieden.

Die neuen Merkmale, die für die vorliegende Erfindung für cha-

rakteristisch gehalten 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; von diesen ist

Fig. 1 eine Darstellung von Kurven der relativen Reflexion von Schichten von durch Zerstäuben abgeschiedenem oder amorphem Silicium verschiedener Dicken, abgeschieden auf einem Aluminiumsubstrat, im Vergleich zur Reflexion von einer blanken Aluminiumoberfläche als Funktion der Wellenlänge;

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

Nun wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die Kurven der Lichtreflexion von einer Aluminiumoberfläche, bedeckt mit verschiedenen Dicken durch Zerstäuben aufgebrachten oder amorphen Siliciums.im Vergleich zur Reflexion von einer blanken Aluminiumoberfläche als Funktion der Wellenlänge zeigt. Kurve wurde von einer Silicium-Wafer erhalten, auf der eine Aluminiumschicht von etwa 500 nm (5000 8) Dicke durch Zerstäuben aufgebracht worden war, auf der wiederum eine Schicht Silicium von etwa 20 nm (200 A*) Dicke durch Zerstäuben aufgebracht war, und Messen der Reflexionen bei jeder der aufeinanderfolgenden Wellenlängen im Bereich von 200 bis 750 nm, die von der Oberfläche des durch Zerstäuben abgeschiedenen Siliciums erhalten wurden. Reflexionen von einer Kontroll-Wafer aus Silicium, auf der nur Aluminium abgeschieden worden war, wurden auch bei den gleichen Wellenlängen gemessen und mit den Reflexionen von der Silicium-überzogenen Aluminiumoberfläche verglichen, um die verschiedenen Punkte auf der Kurve zu erhalten. Ähnlich wurde die Kurve 12 erhalten, indem eine Wafer aus Silicium verwendet wurde, auf der eine

Schicht aus Aluminium durch Zerstäuben abgeschieden worden war, auf der wiederum eine Schicht aus Silicium von 40 nm (400 °0 Dicke durch Zerstäuben abgeschieden worden war. Die Reflexion von der Oberfläche der Schicht aus amorphem Silicium von 40 nm (400 8) Dicke wurde verglichen mit der Reflexion von der Oberfläche der Wafer, auf der nur Aluminium abgeschieden worden war, und zwar für jede der aufeinanderfolgenden Wellenlängen, um die Kurve 12 zu erhalten. Die Kurve 13 wurde durch Vergleich der Reflexion von einer Wafer aus Silicium, auf der nacheinander eine Schicht aus Aluminium und eine Schicht aus Silicium von 60 nm (600 8) Dicke durch Zerstäuben abgeschieden worden war, mit der Reflexion von einer Silicium-Wafer, auf der nur Aluminium abgeschieden worden war, bei jeder der aufeinanderfolgenden Wellenlängen erhalten. Eine überprüfung der Kurven 11, 12 und 13/ die aufeinanderfolgende Schichten zunehmender Dicke von durch Zerstäuben aufgebrachtem Silicium auf eine reflektierende Aluminiumoberfläche darstellen, ergibt, daß im Durchschnitt die Absorption zunimmt und somit die Reflexion abnimmt mit zunehmender Dicke des durch Zerstäuben aufgebrachten Siliciums. Auch erscheinen die Täler relativer Reflexion bei allmählich höheren oder größeren Wellenlängen als Funktion der Dicke des durch Zerstäuben aufgebrachten Siliciums. Bei 20 nm (200 8) amorphen Siliciums erscheint ein Tal bei einer Wellenlänge von etwa 400 nm. Aus optischen Berechnungen unter Anwendung der optischen Parameter η und k des Brechungsindex N, wobei η und k durch die Beziehung N = η + jk gegeben sind, wurde bestimmt, daß bei einer Dicke amorphen Siliciums von etwa 5 nm (etwa 50 8) ein Tal in der Kurve bei einer Wellenlänge von etwa 250 nm auftreten würde. Die relative Reflexion an dieser Talstelle wäre etwa 50 %.

Weitere Kurven, wie die Kurven 11, 12 und 13, können auf gleiche Weise, wie oben erhalten, für Dicken durch Zerstäuben aufgebrachten Siliciums unter 20 nm (200 8) und über 60 nm (über 600 Ä) und auch für Werte der Dicke zwischen den in den Kurven gezeigten Dicken-Werten, wenn gewünscht, erhalten werden.

Auch könnten die Kurven auf Wellenlängen unter 200 und über 700 nm, wenn gewünscht, ausgedehnt werden.

Durch Zerstäuben aufgebrachtes Silicium ist von amorpher Natur / da es praktisch keine kristallographische Struktur aufweist. Silicium in dieser Form hat eine Absorptionsstrecke für Strahlung im Bereich von etwa 400 bis etwa 450 nm, die etwa 1/10 der Absorptionsstrecke von kristallinem Silicium in diesem Bereich ist. Die Absorptionsstrecke ist definiert als die Eindringtiefe von auf der Oberfläche des amorphen Siliciums einfallender Strahlung, bei der 63 % der Strahlung absorbiert sind. So ist durch Zerstäuben aufgebrachtes oder amorphes Silicium von großem Vorteil für die Reduzierung von Reflexionen praktisch von reflektierenden Oberflächen in dem vorgenannten Bereich.

Die in Fig. 1 gezeigten Kurven gelten für relative Reflexion von amorphen Siliciumschichten in Luft. Diese Kurven gelten näherungsweise für Reflexion von amorphen Siliciumschichten in eine Photoresist-Schicht. Ähnliche Kurven könnten für die Reflexion von Schichten amorphen Siliciums in eine Photoresist-Schicht erstellt werden. Der Charakter der Kurven ist eine Funktion der realen Komponente(n) des Brechungsindex des Photoresists und der imaginären Komponente (k) des Brechungsindex des Photoresists im Vergleich zu diesen Konstanten für Luft. Für den Photoresist des Typs Shipley AZ147O ist der Wert für η 1,7 und der Wert für k 0,02 bei einer Wellenlänge von 450 nm. Diese Konstanten für Luft sind η = 1 und k = 0. Aus diesen Konstanten wurde bestimmt, daß entsprechende Kurven für Photoresist auf dem amorphen Silicium, wofür η = 4,13 und k = 2,13 bei 405 nm, etwas nach unten verschoben würden und die Täler nach etwas kürzeren Wellenlängen hin verschoben wären.

Die Kurven der Fig. 1 können leicht zur Auswahl einer besonderen Dicke amorphen Siliciums, die auf eine Aluminiumschicht aufzubringen ist, um Reflexionen beim Bemustern minimal zu halten, herangezogen werden. Wenn z.B. eine photolithographische Projektionsvorrichtung Optimetrix Typ 8010 zum Belichten des

Photoresist verwendet werden soll, der über eine Schicht aus amorphem Silicium aufgebracht ist, könnte die Bestrahlungswellenlänge 436 nm sein. Entsprechend geht aus den Kurven der Fig. 1 klar hervor, daß Kurve 12 für eine Dicke amorphen Siliciums von 40 nm (400 8) die Reflexionen um 34 % der Reflexionen von blankem Aluminium bei 436 nm reduzieren würde_/und folglich wäre es die Dicke des amorphen Siliciums, die auf der Oberfläche der Aluminiumschicht verwendet würde. Andere Projektionsvorrichtungen arbeiten bei anderen Wellenlängen, und folglich würden andere Silicium-Dicken verwendet, um minimale Reflexion zu schaffen.

Ein besonderer Vorteil bei der Verendung amorphen Siliciums neben den wünschenswerten Eigenschaften der Herabsetzung von Reflexionen von einer Aluminiumoberfläche zu einer darüber liegenden Photoresist-Schicht ist der, daß es mit der Verarbeitung der integrierten Schaltungswafer kompatibel ist. Tetrachlorkohlenstoff wird beim Trockenätzen von Aluminium verwendet. Dieses Gas ätzt auch Silicium. Auch andere Trockenätzgase, die Chlorreste enthalten, ätzen sowohl Aluminium als auch Silicium. Folglich kann die Siliciumschicht auf dem Aluminiummuster in der gleichen Stufe, die zum Ätzen des Aluminiums angewandt wird, geätzt werden. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von amorphem Silicium ist der, daß ein kleiner Prozentsatz Silicium gewöhnlich im abgeschiedenen Aluminium enthalten ist, um in ein Siliciumsubstrat eindringende Spitzenbildungen aus Aluminium zu reduzieren, wenn Aluminium darauf abgeschieden wird, und die Temperatur auf einen Wert steigt, der Silicium sich in Aluminium lösen läßt. So würde eine durch Zerstäuben aufgebrachte Schicht aus amorphem Silicium zwei Funktionen erfüllen. Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß die die Reflexion reduzierende Stufe leicht und einfach ohne irgend welche Verfahrenskomplikationen angewandt werden kann. Silicium wird in der gleichen Vorrichtung zerstäubt, die zum Zerstäuben von Aluminium auf das Substrat verwendet wird.

Während die Kurven der Fig. 1 relative Reflexion für Aluminium-

substrate zeigen/ könnten solche Kurven leicht auch für andere leitfähige Materialien'erhalten werden, die gewöhnlich bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendet werden, wie Molybdän/ Wolfram, Titan und Platin. Solche Kurven könnten auch für die Silicide der vorgenannten Metalle erhalten werden. Da Silicium in Chlor oder Fluor enthaltenden Gasen leicht geätzt wird, die gewöhnlich zum Ätzen der verschieden erwähnten Metallmaterialien verwendet werden, könnten das amorphe Silicium und das darunter liegende Metall in einer Verfahrensstufe geätzt werden.

Nun wird auf Fig. 2 Bezug genommen/ die einen Querschnitt einer zur Beschreibung einer speziellen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbaren Struktur 20 zeigt. Ein Substrat 21 aus Silicium-p-Halbleitermaterial von etwa 508 μΐπ (etwa 20 mils) Dicke mit einem spezifischen Widerstand von 10λ· cm und einer Hauptoberfläche 22 parallel zur (100)-Ebene des Kristalls wird vorgelegt. Das Substrat wird gereinigt und danach bei 1OOO°C in trockenem Sauerstoff oxidiert/ um eine Schicht 22 aus Siliciumdioxid von 100 nm (1000 A) Dicke wachsen zu lassen. Eine Schicht 24 aus Aluminium von 500 nm (5000 8) Dicke wird auf der Schicht 23 aus Siliciumdioxid unter Verwendung einer herkömmlichen Zerstäubungsvorrichtung abgeschieden/ worin ein Target aus Aluminium vorgelegt und ein Inertgasionenbombardement des Targets das Aluminium daraus sich auf der SiIiciumdioxidschicht abscheiden läßt. Danach wird in der selben Apparatur, die zum Aufstäuben des Aluminiums auf das Substrat verwendet wurde, eine Schicht 25 aus amorphem Silicium auf der Schicht aus Aluminium durch Zerstäuben bis zu einer gewünschten Dicke, z.B. 40 nm (400 a) aufgebracht. Wie oben erwähnt, reduziert eine Schicht aus amorphem Silicium dieser Dicke die Reflexion bei 436 nm von der oberen Oberfläche der Schicht aus amorphem Silicium auf etwa 34 % der Reflexion, die von der Oberfläche der Schicht 24 aus abgeschiedenem Aluminium erhalten würde. Danach wird eine Schicht 26 aus einem geeigneten Photoresist auf der Schicht 25 aus amorphem Silicium abgeschieden. Da die für die Bildung eines Bildes im

Photoresist verwendete Vorrichtung eine Optimetrix Typ 8010-Projektionsvorrichtung ist, die bei einer Wellenlänge von etwa 436 nm arbeitet, wäre ein für diese Anwendung geeigneter Resist Shipley Typ AZ147O. Das Substrat 20 mit den verschiedenen Materialschichten darauf wird dann in die Projektionsvorrichtung gebracht, um ein Bild im Photoresist hervorzurufen, das dann entwickelt wird, um belichtete Teile zu entfernen. Der bemusterte Photoresist wird dann zum Ätzen eines Musters in der mit amorphem Silicium überzogenen Aluminiumschicht verwendet. Ein geeignetes Ätzverfahren wäre ein Trokkenätzverfahren mit Tetrachlorkohlenstoff, der sowohl amorphes Silicium als auch Aluminium ätzt. Der entwickelte Photoresist würde dann entfernt. Darauf würde diese Struktur 20 der Weiterverarbeitung in Abhängigkeit von der letztlich in der integrierten Schaltung gewünschten Struktur unterzogen. Das amorphe Silicium könnte in der Schicht verbleiben, um die "Spitzenbildung" von Aluminium in das Silicium hinein herabzusetzen, wie oben ausgeführt. Wenn gewünscht, könnte das amorphe Silicium in einem Ätzmittel, wie Natriumhydroxid, entfernt werden.

Die in Fig. 1 gezeigten Ergebnisse gelten allgemein für jede reflektierende Oberfläche, auf der eine Schicht aus amorphem Silicium abgeschieden ist. Dies würde nicht nur metallische Oberflächen, sondern Oberflächen von Schichten aus Material mit metallähnlichen Eigenschaften, wie die Silicide der Metalle Molybdän, Wolfram, Titan und Platin, einschließen.

Während amorphes Silicium durch Zerstäuben aufgebracht wurde, könnte es auch durch andere Maßnahmen, wie Plasma-unterstützte chemische Dampfabscheidung, aufgebracht werden.

Während die Erfindung in einer speziellen Ausführungsform beschrieben worden ist, wird klar sein, daß Abwandlungen, wie die oben beschriebenen, vom Fachmann auf dem Gebiet vorgenommen werden können, und die Ansprüche sollen alle solche Abwandlungen und Abänderungen, wie sie wirklich unter den Erfindungsgedanken fallen, umfassen.

Claims

Dr. Horst Schüler"- 6000" Frankfurt/Main 13428565PATENTANWALTKaiserstrasse 41(0611) 235555EUROPEAN PATENTATTORNEYTelefon04-16759 mapat dTelexmainpatent frankfurtTelegramm(0611) 251615Telekopierer(CCITT Gruppe 2 Und 3)225/0389 Deutsche Bank AGBankkonto282420-602 Frankfurt/M.Postscheckkonto Ihr Zeichen/Your ref. : Unser Zeichen/Our ref.: 9383 . 4-RD-1 4272 Datum /Date

1. August 1984 Pr./Dr.Sb./he.

General Electric Company

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Patentansprüche

rhi Verfahren z:ur Herstellung einer Schicht aus lichtreflektierendem Material für die optische Übertragung eines Musters durch Licht im Wellenlängenbereich von etwa 200 bis etwa 700 nm für eine mit dem Muster bedruckte Maske mit Hilfe einer Schicht eines gegenüber Licht in diesem Bereich empfindlichen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß ein Film aus amorphem Silicium auf der Schicht aus lichtreflektierendem Material zum Reduzieren von Reflexionen von der lichtreflektierenden Schicht abgeschieden und danach die Schicht aus lichtempfindlichem Material auf den Film aus amorphem Silicium abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Films aus amorphem Silicium im Bereich von etwa 5 bis etwa 60 nm (etwa 50 bis etwa 600 A*) gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtre fLektierendes Material ein Metall gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Aluminium gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall ein solches aus der Klasse Molybdän/ Wolfram, Titan und Platin gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß als lichtreflektierendes Material ein Silicid eines Metalls aus der Klasse Molybdän/ Wolfram₇ Titan und Platin gewählt wird,

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Silicium durch Zerstäuben aufgebracht wird.