DE3485901T2 - ANTI-REFLECTION LAYER. - Google Patents
ANTI-REFLECTION LAYER.Info
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen photolithographischen Resist mit einer neuen Antireflexionsbeschichtung und Verfahren zur Herstellung eines solchen photolithographischen Resists und integrierter Schaltelemente unter Verwendung eines solchen Resists sowie eine neue, bei der Herstellung eines solchen photolithographischen Resists brauchbare Zusammensetzung.The present invention relates to a photolithographic resist having a novel anti-reflection coating and to methods for producing such a photolithographic resist and integrated circuit elements using such a resist, as well as to a novel composition useful in producing such a photolithographic resist.
Die Miniaturisierung von Systemen durch Verwendung komplexer integrierter Schaltungen hat es erforderlich gemacht, daß komplexe Schaltungen zunehmend auf Chips abnehmender Größe gedruckt sind. Diese Größenverringerung oder Zunahme der Volumenkapazität hat den Punkt erreicht, an dem die der Industrie verfügbaren Arbeitsweisen bis an die Grenze ihrer Kapazitäten gedehnt worden sind. Zur Zeit ist die Ausbeute der durch Standardverfahren hergestellten, fortschrittlichsten, integrierten Schaltungen aufgrund von Versuchen, mehr und mehr Kapazität in ein kleineres Volumen hineinzubringen, extrem niedrig, im Bereich von 1 %. Bei der heute von der Industrie geforderten Kapazitätsmenge können die augenblicklichen lithographischen Verfahren nicht mehr als etwa 1 % der Zeit eine vollständige, arbeitsfähige Struktur herstellen.The miniaturization of systems through the use of complex integrated circuits has required that complex circuits be increasingly printed on chips of decreasing size. This reduction in size or increase in volume capacity has reached the point where the operating techniques available to the industry have been stretched to the limits of their capacities. Currently, the yield of the most advanced integrated circuits manufactured by standard processes is extremely low, in the range of 1%, due to attempts to pack more and more capacity into a smaller volume. At the amount of capacity required by the industry today, current lithographic processes cannot produce a complete, working structure more than about 1% of the time.
Das Problem beruht zum großen Teil auf den Grenzen des verwendeten photographischen Verfahrens. Bei der geforderten mikroskopischen Größe sind die Schichten des Chipmaterials beispielsweise Silicium nicht vollständig glatt und eben. Darüber hinaus ist die unebene Topographie von einer Größenordnung, die etwa der Wellenlänge des Lichts entspricht, das verwendet wird, um in dem Photoresistmaterial, das auf die Schichten des Chips aufgebracht worden ist, Abbilder zu erzeugen. Das Licht, das verwendet wird, um das Photoresistmaterial mit einem Abbild zu versehen, wird von dem Substrat des Chipmaterials, d.h. dem Siliciumwafer, reflektiert. Diese Reflexion verursacht zusammen mit der unebenen Topographie in dem mit einem Abbild versehbaren Material eine ungleichmäßige Lichtstreuung und führt zu einer großen Zahl von in dem entwickelten Abbild hergestellten Artefakten. Diese Artefakte führen bei jeder Halbleiterstruktur, die nach herkömmlichen Verfahrensweisen hergestellt wird, zu einer großen Zahl von Ausschußteilen.The problem is due in large part to the limitations of the photographic process used. At the required microscopic size, the layers of the chip material, for example silicon, are not completely smooth and flat. In addition, the uneven topography is of a magnitude approximately equal to the wavelength of the light used to create images in the photoresist material deposited on the layers of the chip. The light used to image the photoresist material is reflected from the substrate of the chip material, i.e. the silicon wafer. This reflection, together with the uneven topography in the imageable material, causes uneven light scattering and results in a large number of artifacts produced in the developed image. These artifacts lead to manufactured using conventional methods, results in a large number of rejects.
Es ist ersichtlich, daß die Ausbeute an integrierten Schaltungschips gesteigert werden kann, wenn die Artefakte eliminiert oder verringert werden können, was zu einer großen Effizienz und einer Verringerung der Herstellungskosten derartiger Materialien führt.It is evident that if the artifacts can be eliminated or reduced, the yield of integrated circuit chips can be increased, resulting in great efficiency and a reduction in the manufacturing cost of such materials.
Kürzlich ist eine Reihe von Versuchen zur Verringerung der durch reflektiertes Licht hervorgerufenen Artefakte unternommen worden. In der US-A-4 102 683 ist ein solcher Versuch beschrieben. Andere Diskussionen sind in IEEE Transactions on Electron Devices, Auflage 28, Nr. 11 von November 1981, Seiten 1405 bis 1410, mit dem Titel "Linienbreitenkontrolle und Projektionslithographie unter Verwendung eines Mehrschichtresistverfahrens" von O'Toole et al. und in "Verringerung des Effekts stehender Wellen in einem Positivphotoresist" von Brewer et al. in Journal of Applied Photographic Engineering, Band 7, Nr. 6, Dezember 1981, Seiten 184 bis 186, sowie in "Kontrolle von Ein-Mikrometerlinien in integrierten Schaltungen" von Carlson et al., Kodak, '80 Interface, Oktober 1980, Seiten 109 bis 113 zu finden.Recently, a number of attempts have been made to reduce the artifacts caused by reflected light. US-A-4,102,683 describes one such attempt. Other discussions are in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 28, No. 11, November 1981, pages 1405 to 1410, entitled "Linewidth control and projection lithography using a multilayer resist process" by O'Toole et al. and in "Reducing the effect of standing waves in a positive photoresist" by Brewer et al. in Journal of Applied Photographic Engineering, Volume 7, No. 6, December 1981, pages 184 to 186, and in "Control of One-Micrometer Lines in Integrated Circuits" by Carlson et al., Kodak, '80 Interface, October 1980, pages 109 to 113.
In der US-A-4 370 405 ist ein Mehrschichtresist von der Art beschrieben, auf die sich die vorliegende Anmeldung bezieht. In der Ausführungsform dieses Standes der Technik, die in Spalte 2 jenes Patents beschrieben ist, liegt ein Resist vor, der ein Substrat umfaßt, auf dem eine Bodenschicht "mit ausreichender Dicke (etwa 1,5 um) zur Erzeugung einer planaren äußeren Oberfläche" aufgebracht ist. Diese Bodenschicht, deren Dicke in SI- Einheiten 1,5 um beträgt, kann einen Farbstoff enthalten, um Reflexionen zu verringern, und entspricht daher der Antireflexionsbeschichtung der vorliegenden Erfindung. Von dieser Bodenschicht wird eine "dünne" (etwa 0,1 um) Siliciumnitridschicht getragen und diese wiederum trägt eine "dünne" (etwa 0,5 um) Schicht eines Resists. Die Elemente aus dem Resist des Standes der Technik entsprechen daher im allgemeinen denjenigen der vorliegenden Erfindung; im Gegensatz zu der relativ dicken Antireflexionsschicht des Resists aus dem Stand der Technik ist die Antireflexionsschicht der vorliegenden Erfindung jedoch in dem gleichen Sinn wie die Siliciumnitrid- und Resistschichten aus dem Stand der Technik "dünn" sind "dünn". Das Vorsehen einer dünnen Antireflexionsschicht erlaubt die Herstellung schärferer, im wesentlichen vollständig erkennbarer Abbilder auf dem Substrat und eliminiert im wesentlichen den Effekt von reflektiertem Licht, um klare, scharf definierte, geätzte Strukturen in dem Substrat zu erzeugen.US-A-4 370 405 describes a multilayer resist of the type to which the present application relates. In the embodiment of this prior art described in column 2 of that patent, there is a resist comprising a substrate on which is deposited a bottom layer "of sufficient thickness (about 1.5 µm) to produce a planar outer surface". This bottom layer, the thickness of which in SI units is 1.5 µm, may contain a dye to reduce reflections and thus corresponds to the anti-reflection coating of the present invention. This bottom layer supports a "thin" (about 0.1 µm) silicon nitride layer and this in turn supports a "thin" (about 0.5 µm) layer of resist. The elements of the prior art resist therefore generally correspond to those of the present invention; in contrast to the relatively thick anti-reflection layer of the prior art resist, the However, the anti-reflective layer of the present invention is "thin" in the same sense that the prior art silicon nitride and resist layers are "thin". The provision of a thin anti-reflective layer allows the production of sharper, substantially fully recognizable images on the substrate and substantially eliminates the effect of reflected light to produce clear, sharply defined etched structures in the substrate.
Es ist nun ein verbessertes photolithographisches Verfahren für integrierte Schaltungen, ein verbessertes Antireflexionsmaterial zur Verwendung darin und ein integrierter Schaltungschip, bei dem solches Material verwendet wird, gefunden worden. Bei dem vorliegenden Verfahren wird eine Antireflexionsbeschichtung verwendet, die schädliche Effekte eliminiert, die auf interne Reflexionen von Waferoberflächen und Photoresistoberflächen herrühren. Das Material bietet bessere Haftung, größere Lichtadsorption, ist eine dünnere, gleichmäßigere Beschichtung, weist eine kontrolliertere Entwicklung auf und erfordert weniger Verfahrensschritte als die zuvor bekannten Materialien. Auch ist es bei dem Herstellungsverfahren für die integrierte Schaltung mit dem Photoresist kompatibel und bildet zusammen mit diesem Abbilder. Die Beschichtung hinterläßt nach der Entwicklung auf den integrierten Schaltungswafern weniger Rückstand.An improved photolithographic process for integrated circuits, an improved anti-reflective material for use therein, and an integrated circuit chip using such material have now been discovered. The present process uses an anti-reflective coating which eliminates deleterious effects resulting from internal reflections from wafer surfaces and photoresist surfaces. The material provides better adhesion, greater light adsorption, is a thinner, more uniform coating, has more controlled development, and requires fewer processing steps than previously known materials. It is also compatible with the photoresist in the integrated circuit fabrication process and forms images with it. The coating leaves less residue on the integrated circuit wafers after development.
Die vorliegende Erfindung besteht daher in einem photolithographischen Resist, der ein Substrat, einen Photoresist und zwischen dem Substrat und dem Photoresist eine lichtabsorbierende, mit einem Abbild versehbare Antireflexionsbeschichtung umfaßt, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflexionsbeschichtung eine dünne, im wesentlichen kontinuierliche Schicht aus einem einen Farbstoff enthaltenden Polysulfon ist, vorzugsweise ein Polybuten-1-sulfon, wobei die Antireflexionsbeschichtung durch Licht mit der gleichen Wellenlänge wie der Photoresist mit einem Abbild versehbar und mit dem Photoresist entwikkelbar und entfernbar ist.The present invention therefore consists in a photolithographic resist comprising a substrate, a photoresist and a light-absorbing, imageable anti-reflection coating between the substrate and the photoresist, and is characterized in that the anti-reflection coating is a thin, substantially continuous layer of a dye-containing polysulfone, preferably a polybutene-1-sulfone, the anti-reflection coating being imageable by light of the same wavelength as the photoresist and being developable and removable with the photoresist.
Die vorliegende Erfindung besteht weiterhin in einem Verfahren zur Herstellung des photolithographischen Resists, bei dem die Antireflexionsbeschichtung auf das Substrat aufgebracht und darauf fixiert wird, indem auf das Substrat eine kontinuierliche Schicht einer Lösung des Polybutensulfons aufgebracht und das Produkt gebacken wird, um das Lösungsmittel zu entfernen und das Harz an dem Substrat zu fixieren, wobei das Lösungsmittel ein Lösungsmittel mit niedriger Oberflächenenergie ist.The present invention further consists in a process for producing the photolithographic resist, in which the anti-reflection coating is applied to the substrate and fixed thereto by applying to the substrate a continuous layer of a solution of the polybutene sulfone and baking the product to remove the solvent and fix the resin to the substrate, wherein the solvent is a low surface energy solvent.
Die Erfindung besteht ferner in einem Verfahren zur Herstellung eines integrierten Schaltelements durch Photolithographie, bei dem in den Photoresist und die Antireflexionsbeschichtung von einem Resist wie oben definiert ein Muster abgebildet wird, wobei die Antireflexionsbeschichtung zusammen mit dem Photoresist mit dem Abbild versehen, das Abbild entwickelt und das entwickelte Abbild von dem Photoresist und der Antireflexionsbeschichtung entfernt wird, wobei die mit einem Bild versehene Antireflexionsbeschichtung zusammen mit dem Photoresist entwikkelt und entfernt wird, und in das Substrat ein durch die mit einem Abbild versehene Antireflexionsbeschichtung und den mit einem Abbild versehenen Photoresist definiertes Muster geätzt wird, um das integrierte Schaltelement herzustellen.The invention further consists in a method for manufacturing an integrated circuit element by photolithography, in which a pattern is imaged into the photoresist and the anti-reflection coating by a resist as defined above, the anti-reflection coating is imaged together with the photoresist, the image is developed and the developed image is removed from the photoresist and the anti-reflection coating, the imaged anti-reflection coating is developed and removed together with the photoresist, and a pattern defined by the imaged anti-reflection coating and the imaged photoresist is etched into the substrate to produce the integrated circuit element.
Die Erfindung besteht ferner in einer Lösung von einem Polybutensulfon und einem photolithographischen Farbstoff in einem Lösungsmittel, das ein Alkohol, ein aromatischer Kohlenwasserstoff, ein Keton, ein Ester oder eine Mischung von zwei oder mehreren derselben ist.The invention further consists in a solution of a polybutene sulfone and a photolithographic dye in a solvent which is an alcohol, an aromatic hydrocarbon, a ketone, an ester or a mixture of two or more of them.
Die Erfindung wird weiter unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert, wobei:The invention is further explained with reference to the accompanying drawings, in which:
Figur 1 einen Verfahrensablauf für die Herstellung eines integrierten Schaltelements unter Verwendung einer mit einem Abbild versehbaren Antireflexionsbeschichtung zeigt; undFigure 1 shows a process flow for the manufacture of an integrated circuit element using an imageable anti-reflection coating; and
Figur 2 modifizierte Verfahrensschritte unter Verwendung einer trockenen Ätzung zeigt.Figure 2 shows modified process steps using a dry etch.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein besonderes Polymer verwendet, das die Verwendung eines gewöhnlichen organischen Lösungsmittels mit niedriger Oberflächen(Grenzflächen)energie erlaubt, wodurch eine fest gebundene, dünne und konsistente Beschichtung auf einer Waferoberfläche hergestellt werden kann. Geeignete Lösungsmittel mit niedriger Oberflächenenergie schließen Alkohole, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ketone und Esterlösungsmittel ein.The present invention utilizes a particular polymer that allows the use of a common organic solvent with low surface (interfacial) energy, thereby producing a tightly bonded, thin and consistent coating on a wafer surface. Suitable low surface energy solvents include alcohols, aromatic hydrocarbons, ketones and ester solvents.
Bisher ist versucht worden, Antireflexionsbeschichtungen herzustellen, die darin eingearbeitete Polymere von 4,4'-Oxydianilin und Benzophenontetracarbonsäuredianhydrid und Pyromellitsäuredianhydrid aufwiesen, aber diese Materialien sind bei der Herstellung einer zufriedenstellenden Antireflexionsbeschichtung nicht effektiv gewesen. Die Standardlösungsmittel für diese Polyimidvorläufer haben große Oberflächenenergien und dringen nicht in kleine Vertiefungen ein, so daß viele Gebiete eines integrierten Schaltungschips aufgrund von topographischen Veränderungen auf dem Substrat unbeschichtet geblieben sind. Die traditionellen Lösungsmittel, die für diese früheren Versuchsmaterialien notwendig gewesen sind, sind hochpolare Lösungsmittel wie N-Methylpyrrolidon, Dimethylformamid und Dimethylsulfoxid gewesen. Diese Lösungsmittel, die zur Auflösung der obigen Polyamidsäuren notwendig waren, weisen sehr hohe Oberflächenenergien auf, so daß kleine Vertiefungen oder Tröge, die in der Oberfläche von integrierten Schaltungschips üblich sind, nicht beschichtet worden sind. Durch Eliminierung oder weitgehende Verringerung des Anteils dieser hochpolaren Lösungsmittel mit einer solchen hohen Oberflächenenergie und durch Entwicklung eines in Lösungsmitteln mit niedrigerer Oberflächenenergie wie Alkoholen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ketonen oder Esterlösungsmitteln lösbaren Systemes wird die Oberflächenenergie der Lösung verringert, was es erlaubt, die gesamte Waferoberfläche zu beschichten und einzuebnen. Eine Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Antireflexionsschicht ist die wahlweise Einarbeitung von wasserlöslichen Komponenten in die Schicht. Diese Komponenten können beispielsweise Polyvinylpyrrolidinone und äquivalente Polymere sein. Die wasserlöslichen Komponenten verringern die Veränderungen in der Rate der Entfernung der Antireflexionsschicht, die durch Veränderungen der Backbedingungen, z.B. der Temperatur, eingeführt werden.Attempts have been made to prepare anti-reflection coatings having polymers of 4,4'-oxydianiline and benzophenonetetracarboxylic dianhydride and pyromellitic dianhydride incorporated therein, but these materials have not been effective in producing a satisfactory anti-reflection coating. The standard solvents for these polyimide precursors have high surface energies and do not penetrate into small pits, so that many areas of an integrated circuit chip have remained uncoated due to topographical variations on the substrate. The traditional solvents required for these earlier experimental materials have been highly polar solvents such as N-methylpyrrolidone, dimethylformamide and dimethylsulfoxide. These solvents, which were required to dissolve the above polyamic acids, have very high surface energies, so that small pits or troughs common in the surface of integrated circuit chips have not been coated. By eliminating or substantially reducing the proportion of these highly polar solvents with such a high surface energy and by developing a system that is soluble in solvents with a lower surface energy such as alcohols, aromatic hydrocarbons, ketones or ester solvents, the surface energy of the solution is reduced, which allows the entire wafer surface to be coated and leveled. A further development of the anti-reflection layer according to the invention is the optional incorporation of water-soluble components into the layer. These components can be, for example, polyvinylpyrrolidinones and equivalent polymers. The water-soluble components reduce the changes in the rate of removal of the anti-reflective coating induced by changes in baking conditions, e.g. temperature.
Das neue Material kann außerdem verbesserte Farbstoffverbindungen in die Reflexionsschicht einführen. Insbesondere die Verwendung des Farbstoffs Curcumin (Colour Index Nr. 75300) oder äquivalente Derivate sowie Kombinationen derselben in der Antireflexionsbeschichtung verbessern die Adsorptionsleistung der Beschichtung. Diese und verwandte Farbstoffe absorbieren stark in dem Bereich des Spektrums (436, 405 nm), dem der darüberliegende Photoresist normalerweise ausgesetzt wird, und kann zusammen mit dem üblicherweise verwendeten, alkalischen Photoresistentwickler, z.B. aufgrund der Hydroxylgruppen des Farbstoffs, entfernt werden. Die Kombination erlaubt schnelles, konsistentes Abbilden. Die ausgezeichnete Löslichkeit des Farbstoffs in den Beschichtungslösungsmitteln und die starke Absorption des Farbstoffs erlauben die Verwendung sehr dünner Beschichtungen. Beschichtungen, die versucht worden sind und andere Farbstoffe enthalten, haben keine großen Extinktionskoeffizienten, d.h., sie absorbieren nicht so viel Licht pro Farbstoffmolekül oder sie sind nicht ausreichend in dem zur Beschichtung verwendeten organischen Lösungsmittel löslich, was ein übliches Problem bei vielen Farbstoffen ist. Aufgrund der begrenzten Löslichkeit des Farbstoffs kann nicht genug beschichtet werden, um im wesentlichen das ganze reflektierte Licht und seine Effekte wie stehender Wellen, wenn in dem Photoresist noch vorhanden, zu absorbieren. Darüber hinaus sind frühere Farbstoff-Träger-Kombinationen nicht effektiv, um mit einem Abbild versehbare Schichten herzustellen, wie es die erfindungsgemäße ist. Frühere Versuche zur Herstellung mit Abbildern versehbarer Schichten führten zu Produkten, die aufgrund von Defekten in der hergestellten Beschichtung wie Blasen uneffektiv waren. Diese früheren Beschichtungen waren beim Abbilden unzuverlässig, hatten inkonsistente und unzuverlässige Prozeßeigenschaften wie Backzeiträume bei engen Temperaturbereichen und das Hinterlassen von unerwünschtem Rückstand nach der Verarbeitung. Diese Defekte durch Verwendung dickerer Beschichtungen zu beheben waren nicht effektiv. Die erfindungsgemäße Beschichtung ist beim Abbilden effektiv und erfordert keine dicke Beschichtung oder hinterläßt keinen unerwünschten Rückstand.The new material can also introduce improved dye compounds into the reflective layer. In particular, the use of the dye curcumin (Colour Index No. 75300) or equivalent derivatives and combinations thereof in the anti-reflection coating improves the adsorption performance of the coating. These and related dyes absorb strongly in the region of the spectrum (436, 405 nm) to which the overlying photoresist is normally exposed and can be removed together with the commonly used alkaline photoresist developer, e.g. due to the hydroxyl groups of the dye. The combination allows fast, consistent imaging. The excellent solubility of the dye in the coating solvents and the strong absorption of the dye allow the use of very thin coatings. Coatings that have been attempted and contain other dyes do not have large extinction coefficients, i.e. they do not absorb as much light per dye molecule or they are not sufficiently soluble in the organic solvent used for coating, which is a common problem with many dyes. Due to the limited solubility of the dye, not enough can be coated to absorb substantially all of the reflected light and its effects such as standing waves if still present in the photoresist. In addition, previous dye-carrier combinations are not effective for producing imageable layers such as the one of the present invention. Previous attempts to produce imageable layers resulted in products that were ineffective due to defects in the produced coating such as bubbles. These previous coatings were unreliable in imaging, had inconsistent and unreliable process characteristics such as baking times at narrow temperature ranges and leaving of unwanted residue after processing. Attempts to correct these defects by using thicker coatings have not been effective. The coating of the present invention is effective in imaging and does not require a thick coating or leave unwanted residue.
Die erfindungsgemäße Antireflexionsbeschichtung kann ferner durch die wahlweise Hinzufügung von Bixin (Annattoextrakt) oder anderen äquivalenten Derivaten wie Norbixin zu der Antireflexionsschicht effektiver gemacht werden. Wie Curcuminderivate absorbieren diese Farbstoffe stark in der Region des Spektrums, dem der Photoresist ausgesetzt wird. Diese Farbstoffe werden auch leicht durch Resistentwickler entfernt und die Carbonsäuregruppe und andere Merkmale dieser Farbstoffe verringern die Veränderungen in der Rate der Entfernung der Antireflexionsbeschichtung, die auf Änderungen in der Backtemperatur zurückgehen.The anti-reflective coating of the present invention can be further made more effective by the optional addition of bixin (annatto extract) or other equivalent derivatives such as norbixin to the anti-reflective layer. Like curcumin derivatives, these dyes absorb strongly in the region of the spectrum to which the photoresist is exposed. These dyes are also easily removed by resist developers and the carboxylic acid group and other characteristics of these dyes reduce the changes in the rate of removal of the anti-reflective coating due to changes in baking temperature.
Die erfindungsgemäße Antireflexionsbeschichtung kann auch in einer trockenätzbaren Form hergestellt werden, wodurch es möglich ist, in dem Herstellungsverfahren gemusterte Abbilder herzustellen. In dieser Form wird der verwendete Träger leicht durch trockene Verarbeitung, d.h. Plasma-, Ionen- oder Elektronenstrahlen, entfernt. Wenn der Photoresist mit einem Abbild versehen wird, wird das Abbild leicht und schnell in die Antireflexionsschicht überführt, indem das System einer kurzen Trockenätzung ausgesetzt wird. Bei früheren Ansätzen zur Herstellung von Antireflexionsschichten wurden Versuche gemacht, eine Mittelschicht (eine dritte Schicht aus einem Material, das nicht leicht durch Plasma entfernt wird) zu verwenden, um ein Abbilden mittels trockener Ätzung zu liefern. Ein System, bei dem zwei Schichten verwendet wurden, wurde ebenfalls versucht, wobei der Photoresist geätzt und vollständig oder nahezu entfernt wurde. Bei diesem zweiten Verfahren wird die darunterliegende, einebnende Schicht nicht schnell genug geätzt, um die gleichzeitige Ätzung des Photoresists zu verhindern.The anti-reflective coating of the invention can also be prepared in a dry-etchable form, making it possible to produce patterned images in the manufacturing process. In this form, the support used is easily removed by dry processing, i.e. plasma, ion or electron beams. When the photoresist is imaged, the image is easily and quickly transferred to the anti-reflective layer by subjecting the system to a short dry etch. In previous approaches to preparing anti-reflective layers, attempts have been made to use a middle layer (a third layer of a material that is not easily removed by plasma) to provide imaging by dry etching. A system using two layers has also been attempted, with the photoresist being etched and completely or almost completely removed. In this second method, the underlying planarizing layer is not etched quickly enough to prevent simultaneous etching of the photoresist.
Die erfindungsgemäße, trockenätzbare Antireflexionsbeschichtung ist eine relativ dicke, polymere Beschichtung, die die Oberfläche des Wafers einebnet und Licht, das durch den Photoresist läuft, absorbiert. Eine ätzbeständige Zwischenschicht ist nicht erforderlich, da die lichtabsorbierende, einebnende Schicht sehr schnell durch trockene Verfahren ohne signifikanten Verlust bei der gemusterten Photoresistschicht entfernt wird.The dry-etchable anti-reflection coating according to the invention is a relatively thick, polymeric coating that surface of the wafer and absorbs light passing through the photoresist. An etch-resistant interlayer is not required because the light-absorbing planarizing layer is removed very quickly by dry processes without significant loss of the patterned photoresist layer.
In der schnellätzenden Antireflexionsschicht können die oben beschriebenen Farbstoffe verwendet werden. Die Farbstoffe können jeder lösliche Farbstoff oder jede lösliche Kombination von Farbstoffen sein, die eine geeignete Absorption aufweist und leicht durch ein trockenes Verfahren entfernbar ist. Beispielsweise können Cumarine und Derivate derselben oder äquivalente, halogenierte Farbstoffe verwendet werden und sind auch effektiv bei der Bildung einer mit einem Abbild versehbaren Antireflexionsschicht. Die trockenätzbare, mit einem Abbild versehbare Antireflexionsschicht fügt einen signifikanten Vorteil bei der Geometriekontrolle hinzu, ohne weitere Verfahrensschritte hinzuzufügen, die die Ausbeute erniedrigen und die Kosten steigern. Die Erfindung ist mit Photoresistmaterialien und Photoresistausrüstungen kompatibel.The dyes described above can be used in the fast-etch anti-reflective layer. The dyes can be any soluble dye or combination of dyes that has suitable absorption and is readily removable by a dry process. For example, coumarins and derivatives thereof or equivalent halogenated dyes can be used and are also effective in forming an imageable anti-reflective layer. The dry-etchable, imageable anti-reflective layer adds a significant advantage in geometry control without adding additional processing steps that lower yield and increase cost. The invention is compatible with photoresist materials and photoresist equipment.
Typischerweise sind die erfindungsgemäß verwendeten Farbstoffe diejenigen, die in dem Wellenlängenbereich der abbildenden Quelle absorbieren. Die Farbstoffe können in der Antireflexionsbeschichtung in einer Menge von etwa 1 bis 20 % enthalten sein. Der filmbildende Träger, das Polymer, kann in einer Menge von etwa 3 bis 20 % vorhanden sein. Die wahlweise Zugabe von wasserlöslichen Materialien kann in Konzentrationen von etwa 0,1 bis 10 % erfolgen. Geeignete Benetzungsmittel, Haftvermittler, Konservierungsmittel, Weichmacher und ähnliche Additive können, falls gewünscht, in den geeigneten Mengen eingearbeitet und Lösungsmittel kann hinzugefügt werden, um die Zusammensetzung auf 100 % zu ergänzen.Typically, the dyes used in the present invention are those that absorb in the wavelength range of the imaging source. The dyes may be included in the anti-reflective coating in an amount of about 1 to 20%. The film-forming carrier, the polymer, may be present in an amount of about 3 to 20%. The optional addition of water-soluble materials may be in concentrations of about 0.1 to 10%. Suitable wetting agents, coupling agents, preservatives, plasticizers and similar additives may be incorporated in the appropriate amounts if desired and solvent may be added to make the composition 100%.
Die Erfindung kann in Verfahren verwendet werden, bei denen bekannte Verfahrensweisen zur Beschichtung von Substraten angewendet werden, wie Spinnen, um eine Filmdicke von etwa 500 Å bis 40 000 Å herzustellen. Die Filme können bei Temperaturen gebakken werden, die mit existierenden, integrierten Schaltungsverfahren kompatibel sind, beispielsweise von etwa 70ºC bis 200ºC. Der gebackene Film kann mit einem im Stand der Technik bekannten Photoresist beschichtet und gebacken werden. Die Photoresistdikke kann so sein, wie es nach dem Verfahren erforderlich ist. Diese Schichten werden dann Licht mit bekannten, erfoderlichen Wellenlängen ausgesetzt. Die Filme können gleichzeitig mit einem Photoresistentwickler beispielsweise etwa 5 Sekunden bis 5 Minuten lang entwickelt werden oder der Photoresist kann entwickelt und der darunterliegende Film durch einen kurzen etwa 5 Sekunden bis 5 Minutenlangen Plasmaätzzyklus entfernt werden, z.B. durch ein Sauerstoffplasma oder andere Standardplasmaverfahren. Das restliche integrierte Schaltelementverfahren kann auf die in der bekannten Technik beschriebenen Weise durchgeführt werden. Die Filme können durch Standardphotoresistreinigungsverfahren entfernt werden.The invention can be used in processes that employ known techniques for coating substrates, such as spinning, to produce a film thickness of about 500 Å to 40,000 Å. The films can be baked at temperatures that are not comparable with existing integrated circuit processes. compatible, for example from about 70°C to 200°C. The baked film can be coated with a photoresist known in the art and baked. The photoresist thickness can be as required by the process. These layers are then exposed to light of known required wavelengths. The films can be developed simultaneously with a photoresist developer, for example for about 5 seconds to 5 minutes, or the photoresist can be developed and the underlying film removed by a short plasma etch cycle of about 5 seconds to 5 minutes, e.g. by an oxygen plasma or other standard plasma processes. The remainder of the integrated circuit device process can be carried out in the manner described in the known art. The films can be removed by standard photoresist cleaning techniques.
Die Erfindung wird weiter anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht, die zum Zwecke der Illustration von tausenden von tatsächlich durchgeführten Experimenten aufgenommen sind. Die hergestellten, mit Abbildern versehenen Wafer sind routinemäßig unter einem Elektronenmikroskop untersucht worden. Die Untersuchungen haben ergeben, daß der Effekt von stehenden Wellen, der durch reflektiertes Licht erzeugt wird, eliminiert worden ist.The invention is further illustrated by the following examples, which are included for the purpose of illustration from thousands of experiments actually performed. The imaged wafers produced were routinely examined under an electron microscope. The examinations revealed that the standing wave effect caused by reflected light was eliminated.
Unter Verwendung der folgenden Antireflexionsbeschichtungsformulierung:Using the following anti-reflective coating formulation:
8,00 Gew.-% Poly(butensulfon)8.00 wt.% poly(butenesulfone)
1,00 Gew.-% Cumarin 504 (Exciton Co., Dayton, Ohio)1.00 wt.% Coumarin 504 (Exciton Co., Dayton, Ohio)
Cyclopentanonlösungsmittel (Rest)Cyclopentanone solvent (remainder)
wurde ein 7,6 cm (3 inch) Aluminium-Silicium-Wafer unter Anwendung eines Standardspinnbeschichtungsverfahrens mit der Antireflexionsbeschichtung überzogen, um eine durchschnittliche Dicke von 2,0 um zu ergeben. Die beschichtete Platte wurde 60 Minuten lang bei 140ºC gebacken, um die Beschichtung zu härten. Der beschichtete Wafer wurde abkühlengelassen und mit einem Photoresist (Shipley AZ1370) mittels Spinnbeschichtung beschichtet. Der Photoresist wurde durch 30 minütiges Backen bei 95ºC gehärtet. Der hergestellte Wafer wurde unter Verwendung eines Testsauflösungsmusters und eines Cobilt-Kontaktdruckers mit einem Abbild versehen. Der mit einem Abbild versehene Wafer wurde unter Verwendung von Shipley's MF312 Entwickler 20 Sekunden lang tauchentwickelt. Der freiliegende Photoresist wurde durch den Entwickler entfernt und es wurde ein scharfes, klares Abbild erzeugt. Die Antireflexionsschicht wurde durch ein Sauerstoffplasma (0,2 Torr, 100 Watt, 20 Sekunden) entfernt, während der dem Entwicler nicht-ausgesetzte Photoresist nahezu ohne Dickeverlust zurückblieb. Das Abbild wurde in das Aluminiumsubstrat geätzt, um ein scharfes Muster einer integrierten Schaltungsschicht zu bilden und der verbliebene Photoresist und die verbliebene Antireflexionsbeschichtung wurden entfernt.A 7.6 cm (3 inch) aluminum-silicon wafer was coated with the anti-reflective coating using a standard spin coating process to give an average thickness of 2.0 µm. The coated plate was cured for 60 minutes to cure the coating. The coated wafer was allowed to cool and spin coated with a photoresist (Shipley AZ1370). The photoresist was cured by baking at 95ºC for 30 minutes. The fabricated wafer was imaged using a test resolution pattern and a Cobilt contact printer. The imaged wafer was dip developed using Shipley's MF312 developer for 20 seconds. The exposed photoresist was removed by the developer, producing a sharp, clear image. The anti-reflective coating was removed by an oxygen plasma (0.2 Torr, 100 watts, 20 seconds), leaving the photoresist unexposed to the developer with virtually no loss in thickness. The image was etched into the aluminum substrate to form a sharp pattern of an integrated circuit layer and the remaining photoresist and anti-reflective coating were removed.
Unter Verwendung der folgenden Antireflexionsbeschichtungsformulierung:Using the following anti-reflective coating formulation:
6,00 Gew.-% Poly(butensulfon)6.00 wt.% poly(butenesulfone)
1,00 Gew.-% des halogenierten Farbstoffs Cumarin 540A (Exciton Co., Dayton, Ohio)1.00 wt% of halogenated dye Coumarin 540A (Exciton Co., Dayton, Ohio)
Cyclopentanonlösungsmittel (Rest)Cyclopentanone solvent (remainder)
wurde ein 7,6 cm (3 inch) Aluminium-Silicium-Wafer unter Anwendung eines Standardspinnbeschichtungsverfahrens bis zu einer durchschnittlichen Dicke von 1,5 um mit der Antireflexionsbeschichtung überzogen. Der beschichtete Wafer wurde 60 Minuten lang bei 140ºC gebacken, um die Beschichtung zu härten. Der beschichtete Wafer wurde abkühlengelassen und mit einem Photoresist (Shipley AZ1370) mittels Spinnbeschichtung beschichtet. Der Photoresist wurde durch 30 minütiges Backen bei 95ºC gehärtet. Der hergestellte Wafer wurde mit einem Bild versehen, wobei ein Testauflösungsmuster und ein Cobilt-Kontaktdrucker verwendet wurden. Der mit einem Bild versehene Wafer wurde unter Verwendung von Shipley's AZ350 Entwickler 20 Sekunden lang tauchentwickelt. Der freiliegende Photoresist wurde durch den Entwickler entfernt und es wurde ein scharfes, klares Abbild erzeugt. Die Antireflexionsbeschichtung wurde durch ein Sauerstoffplasma (0,2 Torr, 100 Watt, 20 Sekunden) entfernt, während der dem Entwickler nicht-ausgesetzte Photoresist nahezu ohne Dickeverlust zurückblieb. Das Abbild wurde in das Aluminiumsubstrat geätzt, um ein scharfes Muster einer integrierten Schaltungsschicht zu bilden, und der verbliebene Photoresist und die verbliebene Antireflexionsbeschichtung wurden anschließend entfernt.A 7.6 cm (3 inch) aluminum-silicon wafer was coated with the anti-reflective coating to an average thickness of 1.5 µm using a standard spin coating process. The coated wafer was baked at 140ºC for 60 minutes to cure the coating. The coated wafer was allowed to cool and was spin coated with a photoresist (Shipley AZ1370). The photoresist was cured by baking at 95ºC for 30 minutes. The resulting wafer was imaged using a test resolution pattern and a Cobilt contact printer were used. The imaged wafer was dip developed using Shipley's AZ350 developer for 20 seconds. The exposed photoresist was removed by the developer, producing a sharp, clear image. The anti-reflective coating was removed by an oxygen plasma (0.2 Torr, 100 watts, 20 seconds), while the photoresist not exposed to the developer was left with almost no loss in thickness. The image was etched into the aluminum substrate to form a sharp pattern of an integrated circuit layer, and the remaining photoresist and anti-reflective coating were subsequently removed.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
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