DE4311761C2

DE4311761C2 - Verfahren zur Herstellung einer Antireflektionsschicht

Info

Publication number: DE4311761C2
Application number: DE4311761A
Authority: DE
Inventors: Kouichirou Tsujita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2013-04-09
Also published as: US5872054A; DE4311761A1; JPH05299338A; JP2791525B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antireflektions schicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 und ein Verfah ren zur Herstellung einer Antireflektionsschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfin dung eine Antireflektionsschicht, die bei einer Fotolithogra fie während der Schritte zum Herstellen einer Halbleitervor richtung benutzt wird.

Eine Antireflektionsschicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind aus der DE 32 34 066 A1 bekannt.

Bei jedem Herstellungsschritt einer Halbleitervorrichtung wird Fotolithografie eingesetzt, wobei ein Resistfilm unter Benutzung einer Fotomaske in ein vorbestimmtes Muster bemu stert wird. Dann wird das Muster des Resistfilms auf einen Siliziumwafer übertragen.

Nachfolgend wird eine Beschreibung des Schritts zum Bilden einer Wortleitung vorgenommen als einem Herstellungsschritt für einen DRAM (Dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff).

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Isolationsfilm 51 auf einem Halbleitersubstrat 50 gebildet. Ein Polysiliziumfilm 52a wird auf dem Isolationsfilm 51 gebildet. Ein Isolationsfilm 52b wird auf dem Polysiliziumfilm 52a gebildet. Auf dem Isola tionsfilm 52b ist ein Resistfilm 53 gebildet. Eine Fotomaske 54 mit einem darauf gebildeten vorbestimmten Muster ist ober halb des Resistfilms 53 vorgesehen. Eine Belichtung (Licht für eine Belichtung) 55, wie i-Linien-Licht (λ = 365 nm) oder KrF-Licht (im folgenden krF-Licht) (λ = 248 nm) wird auf den Resistfilm 53 von oberhalb der dazwischen vorgesehenen Foto maske 54 gerichtet.

Wie in Fig. 14 gezeigt, wird der Resistfilm 53 durch die Belich tung 55 entlang des Musters der Fotomaske belichtet. Danach wer den vorbestimmte Bereiche des Resistfilms 53 durch Entwickeln entfernt.

Wie in Fig. 15 gezeigt, wird das Ätzen des Isolationsfilms 52b und des Polysiliziumfilms 52a durch Trockenätzen 57 ausgeführt, wobei der Resistfilm 53 als Maske benutzt wird. Wie in Fig. 16 gezeigt, wird durch Entfernen des Resistfilms 53 eine Wortlei tung 52 fertiggestellt.

Wenn allerdings ein abgestufter Bereich in einem unterliegenden Film, wie einer Wortleitung, vorliegt, wird Licht der Belichtung durch den gestuften Bereich reflektiert, was zu dem Problem führt, daß ein Resistfilm einer gewünschten Größe nicht gebildet werden kann. Nachfolgend wird dieses Problem unter Bezug auf Fig. 17 beschrieben. Fig. 17 ist eine Schnittansicht, bei wel cher ein Elementisolationsbereich 56 auf einem Halbleitersub strat 50 gebildet ist.

Der Elementisolationsbereich 56 und der Isolationsfilm 51 sind auf dem Halbleitersubstrat 50 gebildet. Es existiert ein abge stufter Bereich 56a an einer Verbindungsstelle des Elementisola tionsbereichs 56 und des Isolationsfilms 51.

Der Polysiliziumfilm 52a und der Isolationsfilm 52b sind entlang der Oberfläche des Elementisolationsbereichs 56 und des Isola tionsfilms 51 gebildet. Der Isolationsfilm 52b weist einen ge stuften Abschnitt 52c entlang des gestuften Bereiches 56 auf. Der Resistfilm 53 ist auf der oberen Oberfläche des Isolations films 52b gebildet. Der Resistfilm 53 weist eine flache Ober fläche auf. Die Fotomaske 54 mit einem vorbestimmten Muster ist oberhalb des Resistfilms 53 angeordnet.

Licht der Belichtung 55, wie das i-Linien-Licht (λ = 365 nm) oder krF-Licht (λ = 248 nm) wird auf den Resistfilm 53 von oben gerichtet, mit der dazwischenliegenden Fotomaske 54. Wie in Fig. 18 gezeigt, wird Licht der Belichtung 55, das den Isolationsfilm 52b erreicht, durch die Oberfläche des Isolationsfilms 52b re flektiert. Auf einen flachen Abschnitt der Oberfläche des Isola tionsfilms 52b gerichtetes Belichtungslicht 55a wird in Einfall richtung reflektiert. Lichtbestandteile 55b, 55c, 55d und 55e, die auf den gestuften Abschnitt 52c des Isolationsfilmes 52b ge richtet sind, werden allerdings entsprechend mit einem Neigungs winkel des gestuften Bereichs 52c, wie in der Figur gezeigt, re flektiert. Die reflektierten Lichtbestandteile 55b, 55c, 55d und 55e der Belichtung 55 belichten einen Bereich des Resistfilms 53c, der ursprünglich nicht belichtet werden sollte.

Wie in Fig. 19 gezeigt, weist der oben beschriebene Resistfilm 53 den in der Figur gezeigten ausgehöhlten Bereich auf. Wenn ein Polysiliziumfilm 52a und ein Isolationsfilm 52b durch Trocken ätzen 57 unter Benutzung des Resistfilms 53 geätzt werden, wer den Abschnitte des Polysiliziumfilms 52a und des Isolationsfilms 52b, die nicht zu ätzen sind, wie in den Fig. 20 und 21 ge zeigt, geätzt. Als Ergebnis wird die Wortleitung 52 mit der ge wünschten Form nicht gebildet.

Wie in Fig. 22 gezeigt, gehört das Vorsehen eines Antireflek tionsfilms 58 auf dem Isolationsfilm 52b zum Verhindern einer Reflektion des Belichtungslichts zu einer bekannten Technologie, um das oben beschriebene Problem zu lösen. Das Reflektionsver mögen (Reflektionsgrad), das beim Schritt der allgemeinen Foto lithografie benötigt wird, liegt bei 10% oder weniger, und her kömmlicherweise wurde ein Antireflektionsfilm 58, der hauptsäch lich aus TiN besteht, benutzt.

Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Bilden einer Wortleitung 52 vorgenommen, bei dem ein Antireflektions film 58 aus TiN benutzt wird.

Wie in Fig. 22 gezeigt, ist ein Antireflektionsfilm 58 aus TiN auf der oberen Oberfläche des Isolationsfilms 52a durch Benut zung eines Sputterverfahrens oder dergleichen gebildet. Der Resistfilm 53 ist auf dem Antireflektionsfilm 58 gebildet. Eine Fotomaske 54 mit einem vorbestimmten Muster ist oberhalb des Resistfilms 53 vorgesehen.

Wie in Fig. 23 gezeigt, wird Belichtungslicht 55, wie das i- Linien-Licht (λ = 365 nm) oder das krF-Licht (λ = 248 nm) von oben auf den Resistfilm 53 gerichtet, mit der Fotomaske 54 da zwischen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Licht der Belichtung 55, das den Isolationsfilm 52b erreicht, kaum durch den gestuften Bereich 52a reflektiert, durch den Antireflektionsfilm 58. Dies gestattet das Belichten genau entsprechend dem Muster des Re sistfilms 53, und ein Resistfilm 53 der gewünschten Form kann erhalten werden.

Wie in Fig. 24 gezeigt, wird unter Benutzung des Resistfilms 53 als Maske der Antireflektionsfilm 58, der Isolationsfilm 52b und der Polysiliziumfilm 52a durch Ätzen 57 zum Bilden einer Wort leitung 52 geätzt. Dann wird, wie in Fig. 25 gezeigt, durch Ent fernen des Resistfilms 53 und des Antireflektionsfilms 58, die auf der Wortleitung 52 verblieben, die in Fig. 26 gezeigte Wortleitung 52 vollständig hergestellt.

Allerdings weist ein als Antireflektionsfilm benutzter TiN- Film die folgenden Probleme auf:

1. Es ist schwierig, den TiN-Film trockenzuätzen, da ein Titanatom bezüglich jeder Verbindung einen niedrigen Ver dampfungsdruck aufweist.
2. Unter Berücksichtigung des obigen Problems (1) wird ein TiN-Film auf einem Si-Material gebildet. Wenn der TiN-Film in eine gewünschte Form durch Naßätzen unter Benutzung von H₂SO₄/H₂O₂ geätzt wird, wird das Si-Material überhaupt nicht geätzt. Allerdings werden seitliche Ätzungen durch das Naß ätzen des TiN-Films bewirkt, und es ist schwierig, den TiN- Film in eine gewünschte Form zu ätzen.
3. Da Titan ein Niveau in einer Bandlücke von Silizium auf weist, wird ein Leckstrom oder dergleichen erhöht, was zu einer verschlechterten Halbleitercharakteristik von Si führt.

Bei dem aus der DE 32 34 066 A1 bekannten Verfahren zur Herstel lung einer Antireflektionsschicht werden zum Abscheiden eines Plasma-Nitridfilmes NH₃/SiH₄-Mischungsverhältnisse von 10 : 1 bis 1 : 1 für Belichtungswellenlängen von 220 nm bis 450 nm verwendet.

Aus der EP 0 379 104 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Siliziumnitridschicht bekannt, bei dem eine nicht-stöchiometri sche Siliziumnitridschicht aus amorphem Si und Stickstoff durch Sputtern hergestellt wird, wobei der Stickstoffanteil von 0,3 bis 0,8 beträgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antireflektionsschicht, die im Wellenlängenbereich von ca. 248 nm bis ca. 365 nm sicher eine geringe Reflektivität aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Antireflektionsschicht nach Anspruch 2 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben.

Bei dem Verfahren zum Herstellen der Antireflektionsschicht gemäß einer Ausführungsform werden der komplexe Brechungsindex, der die optische Eigenschaft des Antireflektionsfilms zur Benutzung bei einer Photolithographie beim Herstellungsprozeß einer Halbleitervorrichtung beschreibt, und weitere Charakteristiken, die für die Antireflektions schicht benötigt werden, ausgewählt. Das obige Auswählen des komplexen Brechungsindex umfaßt das Bestimmen der Werte des reellen Anteils n und des imaginären Anteils k von (n - i × k) (wobei i eine imaginäre Einheit ist), wobei der komplexe Brechungsindex im Bereich von 1,0 < n < 3,0 bzw. 0,4 < k < 1,3 ist, wenn das Licht der Belichtung beider Fotolithogra fie eine Wellenlänge im Bereich der i-Linie (λ = 365 nm) bis zum krF-Licht (λ = 248 nm) aufweist.

Gemäß dem Herstellungsverfahren sind die Werte des reellen Teils n und des imaginären Teils k der Beziehung n - i × k so gewählt, daß sie jeweils den vorgegebenen Bereichen entsprechen.

Folglich kann ein geeigneter Antireflektionsfilm gebildet wer den, ohne daß der Brechungsindex experimentell gemessen werden muß.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Antireflektions scizidzt, die bei der Fotolithografie beim Herstellungsprozeß einer Halbleitervorrichtung benutzt wird, einen Plasmanitridfilm (Si_XN_Y: X, Y sind Parameter), der durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet wurde, auf. Licht für die Belichtung bei der Fotolitho grafie entspricht der i-Linie (λ = 365 nm). Die Werte des Real teils n und des Imaginärteils k der Beziehung n - i × k (wobei i die imaginäre Einheit ist), die den komplexen Brechungindex des obigen Plasmanitridfilms (Si_XN_Y) angibt, werden auf 1,0 < n < 3,0 bzw. 0,4 < k < 1,3 gesetzt, durch Ändern der Zusammensetzung des Materials des obigen Plasmanitridfilms (Si_XN_Y), wobei das Verhältnis der Parameter (X, Y) des obigen Plasmanitridfilms (Si_XN_Y) auf 1,0 < X/Y < 1,4 gesetzt ist.

Folglich kann eine Antireflektionsschicht (im folgenden Anti reflektionsfilm), die aus dem Plasmanitridfilm gebildet ist, mit optimalem Reflektionsvermögen erhalten werden, wenn das Licht der Belichtung bei der i-Linie (λ = 365 nm) liegt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Antireflektions film, der bei der Fotolithografie in einem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung benutzt wird, einen Plasmanitridfilm (Si_XN_Y: _{X, Y} als Parameter), der durch eine Plasma-CVD-Methode gebildet ist. Bei der Fotolithografie benutztes Licht für die Belichtung ist krF-Licht (λ = 248 nm). Die Werte des Realteils n und des Imaginärteils k der Beziehung n - i × k (wobei i eine imaginäre Einheit ist) beschreiben den komplexen Brechungsindex des obigen Plasmanitridfilms (Si_XN_Y) und sind auf 1,0 < n < 3,0 bzw. 0,4 < k < 1,3 gesetzt, durch Ändern der Parameter (_{X, Y}) der Zusammensetzung des Materials des obigen Plasmanitridfilms (Si_XN_Y), wobei das Verhältnis der Parameter (X, Y) des obigen Plasmanitridfilms (Si_XN_Y) auf 0,75 < _X/Y < 0,85 gesetzt ist.

Folglich wird ein aus einem Plasmanitridfilm gebildeter Anti reflektionsfilm geschaffen, der ein optimales Reflektionsvermö gen aufweist, wenn zur Belichtung krF-Licht (λ = 248 nm) benutzt wird.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Schemadiagramm zum Ermitteln eines allge meinen Reflektionsvermögens (Reflektanz);

Fig. 2 ein Schemadiagramm zum Verdeutlichen einer Phasenänderung von Licht, die auf eine vor bestimmte Substanz trifft;

Fig. 3 ein Diagramm mit einem Reflektionsfaktor (R) und dem Zusammenhang zwischen dem Realteil n und dem Imaginärteil k eines komplexen Bre chungsindex zum Zeitpunkt des Auftreffens der i-Linie (λ = 365 nm);

Fig. 4 ein Diagramm mit dem Reflektionsgrad (R) und dem Zusammenhang zwischen dem Realteil n und dem Imaginärteil k des komplexen Brechungs index zum Zeitpunkt des Auftreffens des krF- Lichts (λ = 248 nm);

Fig. 5 ein Schemadiagramm zum Messen des Reflek tionsgrades von mehrfach reflektiertem Licht;

Fig. 6 ein Schemadiagramm zum Ermitteln des Reflek tionsgrades, wenn Licht der Belichtung auf ein vorbestimmtes Halbleitersubstrat gerich tet ist;

Fig. 7 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen der Wert des Imaginärteils k des komplexen Brechungsindex und der Dicke des Oxidfilms zum Zeitpunkt des Auftreffens der i-Linie;

Fig. 8 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen dem Wert des Imaginärteils k des komplexen Brechungsindex und der Dicke des Oxidfilms zum Zeitpunkt des Auftreffens des krF-Lichts;

Fig. 9 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen dem Verbindungsverhältnis von Si und N und der optischen Charakteristik eines Plasma nitridfilms zum Zeitpunkt des Auftreffens der i-Linie;

Fig. 10 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen dem Realteil n und dem Imaginärteil k, den der Plasmanitridfilm annimmt zum Zeitpunkt des Auftreffens der i-Linie;

Fig. 11 ein Diagramm mit dem Zusammenhang des Verbin dungsverhältnisses von Si und N sowie den optischen Eigenschaften des Plasmanitridfilms zum Zeitpunkt des Auftreffens des krF-Lichts;

Fig. 12 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen den Werten des Realteils n und des Imaginär teils k, den der Plasmanitridfilm annimmt zum Zeitpunkt des Auftreffens des krF-Lichts;

Fig. 13 bis 16 Schnittansichten mit dem ersten bis vierten Schritt bei der Fotolithografie beim Herstel lungsprozeß einer herkömmlichen Halbleiter vorrichtung;

Fig. 17 eine Schnittansicht mit einem Problem der Fotolithografie beim Herstellungsprozeß für die herkömmliche Halbleitervorrichtung;

Fig. 18 eine detaillierte teilweise Schnittansicht mit dem Problem bei der Fotolithografie beim Herstellungsprozeß der herkömmlichen Halblei tervorrichtung;

Fig. 19 bis 21 Schnittansichten mit dem ersten bis dritten Schritt beim Verdeutlichen des Problems der Fotolithografie beim Herstellungsprozeß der herkömmlichen Halbleitervorrichtung; und

Fig. 22 bis 26 Schnittansichten mit dem ersten bis fünften Schritt bei der Fotolithografie beim Herstel lungsprozeß der Halbleitervorrichtung, bei der das herkömmliche Problem überwunden wurde.

Es folgt die Beschreibung eines Verfahrens zum Auswählen eines Antireflektionsfilms unter Bezug auf die Fig. 1 bis 12.

Das Verfahren zum Herstellen des Antireflektionsfilms ist grob eingeteilt in den Schritt zum Auswählen eines komplexen Bre chungsindex als optischer Eigenschaft des Antireflektionsfilms und den Schritt zum Auswählen anderer Eigenschaften, die für den Antireflektionsfilm nötig sind. Die vorliegende Erfindung be trifft den ersten Schritt des Auswählens des komplexen Bre chungsindex als optischer Eigenschaft des Antireflektionsfilms. Daher betrifft die nachfolgende Beschreibung den Auswahlschritt des komplexen Brechungsindex.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird ein Reflektionsgrad R beschrieben. Fig. 1 ist ein Schemadiagramm, bei dem ein Resistfilm 1 mit un endlicher Dicke auf einem Antireflektionsfilm 2 mit unendlicher Dicke gebildet ist. Der Reflektionsgrad R von Licht einer Be lichtung 3 drückt sich in diesem Fall wie folgt aus:

wobei (nr - i . kγ) ein komplexer Brechungsindex des Resistfilms 1 und (n - i . k) ein komplexer Brechungsindex des Antireflek tionsfilms 2 ist.

Der komplexe Brechungsindex wird nachfolgend beschrieben. Der Brechungsindex und der Absorptionskoeffizient sind wichtige physikalische Größen bei der Betrachtung des Eintritts oder der Übertragung von Licht in eine Substanz. Der Brechungsindex und der Absorptionskoeffizient werden im allgemeinen als optische Konstanten bezeichnet. Der Brechungsindex wird durch das Ver hältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu der von Licht in der Substanz bezeichnet. Der Absorptionskoeffizient bezeichnet das Verhältnis, mit welchem Lichtenergie in der Substanz absor biert wird. Beide Größen ändern sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge oder der Anzahl der Lichtschwingungen.

Substanz besteht im allgemeinen aus Atomen. Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Atomkern und negativ geladenen Elektro nen. Die Lichtwelle von außerhalb der Substanz ist eine externe Kraft mit einer Sinusschwingung bezüglich auf das Atom. Diese externe Kraft interagiert mit der in dem Atom auftretenden eige nen Schwingung und induziert eine neue Schwingung.

Es wird angenommen, daß ein Elektron mit einer Masse m und einer negativen Ladung -q mit einer Feder mit einem Atomkern an einer festen Position verbunden ist (da der Atomkern eine Masse auf weist, die 1800 mal oder mehr der Masse des Elektrons ent spricht). Wenn das Elektron um s versetzt wird, wird eine Rück stellkraft K × x (wobei R ein Elastizitätsmodul ist) proportio nal zur Versetzung ausgeübt. Es wird ein eindimensionales Schwingungsmodell betrachtet, bei welchem die Rückstellkraft K × x wirkt. Wenn ein externes elektrisches Schwingungsfeld E (= E_OeJωT) aus Licht an das Schwingungssystem angelegt wird, be ginnt das Elektron eine erzwungene Schwingung durch das Schwin gungsfeld E. Die Bewegungsgleichung des Elektrons bezüglich auf die x-Koordinate ist zu diesem Zeitpunkt wie folgt:

Bei dieser Gleichung ist die rechte Seite die äußere Kraft, und der dritte Term auf der linken Seite ist eine elastische Rück stellkraft der Feder, deren Frequenz ω₀ = (K/m) entspricht.

Der zweite Term auf der linken Seite ist die Dämpfung, wenn die Absorption von Licht durch die Substanz in Betracht gezogen wird. γ ist ein Dämpfungskoeffizient. Die Lösung der Gleichung (2) ist:

Die rechte Seite der obigen Gleichung ist in der Form der kom plexen Funktion von ω. Das mit der Feder verbundene Elektron schwingt dieselbe Anzahl von Schwingungen wie das externe elek trische Schwingungsfeld aus Licht. Allerdings ändert sich die Amplitude in Abhängigkeit von ω, und die Phase des Elektrons verschiebt sich von der des Lichts durch das γ, das die Bewegung des Elektrons verlangsamt.

Nachfolgend wird die Bewegung des Elektrons als Bewegung der ne gativen Ladung betrachtet. Es wird angenommen, daß die negative Ladung um x von ihrer Parallelposition durch Wirkung des elek trischen Feldes versetzt wird. Das induzierte Dipolmoment durch das elektrische Lichtfeld der negativen Ladung wird zu q × x (t). Wenn eine Substanz aus n Atomen oder Molekülen pro Volumeneinheit gebildet ist, entspricht die Polarisierung P = nqx. Die Polarisierung P ist proportional dem elektrischen Lichtfeld, wenn nicht ein stärkeres elektrisches Feld, wie Laserlicht, betrachtet wird. Die folgende Gleichung gilt zwi schen der Polarisierung P und der Dielektrizitätskonstante ε_r des Dielektrikums:

wobei ε₀ die Dielektrizitätskonstante im Vakuum ist.

Da der Zusammenhang n² = ε_r zwischen dem Brechungsindex n und der Dielektrizitätskonstante der Substanz gilt, folgt unter Anwendung des Zusammenhangs auf ε_r und P der Gleichung (4):

Der Brechungsindex wird als komplexe Funktion von ω entsprechend zu x angezeigt. Genauer gesagt, wenn der Realteil und der Imagi närteil des Brechungsindex durch n bzw. k dargestellt werden, wird der komplexe Brechungsindex n' zu:

n' = n - i × k (6)

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird nachfolgend eine Beschreibung des Falles vorgenommen, bei dem Licht der Wellenlänge λ und der Amplitude I₀ durch den Film der Dicke d und des Brechungsindex n verläuft, und in Licht der Wellenlänge λ' und der Amplitude I verwandelt wird.

Der Zusammenhang zwischen der Amplitude I₀ und der Amplitude I ist:

I = I₀ × e^-i ^θ (a)

(e^-i. ^θ ist der Index, der den Änderungszustand der Amplitude zeigt, wenn die Phase um θ in der Substanz I₀ gedreht wird).

θ setzt sich wie folgt zusammen:

(wobei n' der komplexe Brechungsindex ist).

Daher gilt entsprechend der Gleichungen (a), (b) und (6) das folgende:

wobei

die Phasendrehung angibt und

die Absorption beschreibt.

Wenn bei der Gleichung (1) die i-Linie (λ = 365 nm) als Licht der Belichtung benutzt wird, wird der Brechungsindex des Resist films 1 zu 1,72-0,02i. Fig. 3 ist eine Grafik mit dem Ergebnis der Berechnung, wobei die Ordinate und die Abszisse den Realteil n bzw. den Imaginärteil k des Reflektionsgrades R des Antire flektionsfilms zeigen.

In Fig. 3 ist der Reflektionsgrad bezüglich n und k aufgetragen, wobei n und k Variablen sind und der Reflektionsgrad durch Linien beschrieben ist (in der Figur bezeichnet 0,1 den Reflek tionsgrad 10% und 0,2 den Reflektionsgrad 20%.

Entsprechend zeigt Fig. 4 das Ergebnis einer Berechnung des Re flektionsgrades R, wobei krF-Licht (λ = 248 nm) als Licht der Belichtung benutzt wird. In diesem Fall wird der komplexe Bre chungsindex des Resistfilms zu 1,83-0,01i.

In den allgemeinen Fotolithografieschritten kann eine Lichtre flektion durch einen abgestuften Bereich ignoriert werden, wenn der Reflektionsgrad R 10% oder weniger beträgt.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, wenn Bereiche, wo der Re flektionsgrad 10% oder weniger ist, durch die gestrichelten Linien gezeigt werden, stellt sich heraus, daß in diesen Be reichen die Werte n und k 1 < n < 3 bzw. 0 < k < 1,3 sind.

Der Grund, warum die i-Linie (λ = 365 nm) und das krF-Licht (λ = 248 nm) bei der obigen Belichtung als Licht benutzt werden, liegt darin, daß der Brechungsindex bezüglich der Substanz sich nicht wesentlich im Bereich von der Wellenlänge der i-Linie (λ = 365 nm) bis zum krF-Licht (λ = 248 nm) in einer allgemeinen Sub stanz ändert. Daher kann festgestellt werden, daß die oben be schriebenen Werte von n und k ebenfalls für Licht der Wellen länge im Bereich zwischen der i-Linie bis zum krF-Licht gelten.

Wenn allerdings der Wert von k zu klein ist, ist das Übertra gungsverhältnis von Licht der Belichtung 3 durch den Antireflek tionsfilm 2 hoch. Daher muß der Film sehr dick sein, um als Antireflektionsfilm 2 benutzt werden zu können.

Nachfolgend wird die Bedingung, unter welcher das Licht zur Belichtung nicht durch den Antireflektionsfilm hindurchtritt, beschrieben.

Unter Bezug auf Fig. 5 wird die Reflektion von Licht, das auf einen dreischichtigen Film der Substanzen 0, 1 und 2 gerichtet ist, beschrieben. Das auf den oben beschriebenen dreischichtigen Film auftreffende Licht führt zu Licht γ₀₁, das an einem Über gang zwischen der Substanz 0 und der Substanz 1 reflektiert wird, und Lichtstrahlen a₁, a₂, . . ., a_n, die zu einer Multire flektion in der Substanz 1 führen. Der Reflektionsgrad an dieser Lichtbestandteile einschließlich γ₀₁ ergibt sich aus der folgen den Gleichung, wobei t_ij den Übertragungsgrad von der Substanz i bis zur Substanz j beschreibt, γ_ij den Reflektionsgrad a_n dem Übergang beschreibt, wenn das Licht von der Substanz i in die Substanz j eintritt, und Δ die Phasendifferenz darstellt, wenn das Licht in die Substanz 1 eintritt und aus dieser zurückre flektiert wird:

wobei

Daher gilt, daß

t₀₁ . t₁₀ = 1 - γ₀₁ ²,

und es gilt ferner, daß

a_n = (1 - γ₀₁ ²) . γ₁₂ . e^-i. ^δ (γ₁₂ . r₁₀ . e^i. ^δ)^n-1 (8)

Der Reflektionsgrad R von mehrfach reflektiertem Licht beträgt

Durch Einsetzen der Gleichung (8) in die obige Gleichung gilt:

Daher kann der Reflektionsgrad R wie folgt dargestellt werden:

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Fall betrachtet, bei dem ein Oxidfilm 4 auf einem Halbleitersubstrat 5 gebildet ist, ein Antireflektionsfilm 2 auf dem Oxidfilm 4 gebildet ist, und ein Resistfilm 1 mit einer unendlichen Dicke auf dem Antireflektionsfilm 2 gebildet ist.

In Fig. 6 ist der Fresnel-Koeffizient (γ) der Reflexion zwi schen den jeweiligen Filmen wie folgt:
auf Si-Substrat (unter Oxidfilm)

auf Oxidfilm (unter einem Antireflektionsfilm)

auf Antireflektionsfilm (ARC) (unter Resistfilm)

Bei der obigen Gleichung beschreibt n den komplexen Berechnungs index, und Indizes bezeichnen die Art des Films.

Der betrag der Phasenänderung (δ) durch den Lauf des Lichts hinein und zurück aus jedem Film ist wie folgt:
in Oxidfilm

in Antireflektionsfilm (ARC)

Bei den obigen Gleichungen steht d für die Dicke des Films und steht für die Wellenlänge des Belichtungslichts in Vakuum.

Entsprechend der oben beschriebenen Gleichung (9) beträgt der Reflektionsgrad R, wenn das Licht im Film mehrfach reflektiert wird:

"Oben" beschreibt den Reflektionsgrad zwischen einem Film und einem Film darauf.

"Unten" bezeichnet den Reflektionsgrad zwischen einem Film und einem Film darunter.

"Δ" bezeichnet den Betrag der Phasenänderung durch den Verlauf des Lichts hinein und aus dem Film.

Aus dem obigen ergibt sich der Reflektionsgrad R_sio des Oxid films, wenn das Licht im Film mehrfach reflektiert wird, zu:

R_sio = R (γsio, γsi, δsio) (16)

Der Reflektionsgrad R_ARC des Antireflektionsfilms beträgt:

R_ARC = R (γ_ARC, R_sio, δ_ARC) (17)

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt, beträgt der Optimalwert von n_ARC etwa 2,2, und der Optimalwert von d_ARC beträgt etwa 600 Å, wobei die Ätzcharakteristik und dergleichen in Betracht gezogen wurde. Beim Antireflektionsfilm ist k_ARC (der Imaginärteil des komplexen Brechungsindex des Antireflektionsfilms) unbekannt, und in Silizium, da der komplexe Brechungsindex bekannt ist (für die i-Linie als 6,55-2,65i, und für das krF-Licht 1,58- 3,64i) und das Substrat unendliche Dicke aufweist, gibt es keine Unbekannten. Beim Oxidfilm ist der komplexe Brechungsindex be kannt (für die i-Linie 1,47, und für das krF-Licht 1,51), und die Filmdicke (dsio) ist unbekannt. Da für das Resist der kom plexe Brechungsindex bekannt ist (für die i-Linie 1,72-0,02i, und für das krF-Licht 1,83-0,01i) und die obere Schicht unend lich dick ist, gibt es keine Unbekannten. Daher sind für R_ASC die Unbekannten k_ARC und d_sio.

Dementsprechend zeigen die Fig. 7 und 8 den Wert von R_ARC in einem Diagramm von Umfangslinien bezüglich zweier Achsen von k_ARC und d_sio.

Aus den Fig. 7 und 8 stellt sich heraus, daß der Bereich von k, in welchem der Reflektionsgrad 10% oder weniger gilt, selbst wenn die Filmdicke des unterliegenden Oxidfilms veränderlich ist (selbst wenn eine Änderung in einer longitudinalen Richtung in der Figur auftritt), 0,4 < k < 1,3 beträgt.

Das Bestimmen des oben beschriebenen Werts von k wurde unter Be rücksichtigung des Aufbaus als Antireflektionsfilm/Oxidfilm/Si durchgeführt. Allerdings kann dasselbe Ergebnis mit einem belie bigen unterliegenden Film erreicht werden, da Licht deutlich im Antireflektionsfilm gedämpft wird, selbst wenn die Filmdicke des Oxidfilms unter dem Antireflektionsfilm sich ändert. Der Grund, warum der Oxidfilm als Beispiel benutzt wurde, liegt darin, daß der Oxidfilm die strengste Bedingung von k = 0 erfüllt. Daher kann gesagt werden, daß die aus der obigen Gleichung erhaltenen Daten allgemein gültig sind.

Wie mit dem obigen Ausführungsbeispiel gezeigt, ist es möglich, einen optimalen Antireflektionsfilm durch Wahl der Bereiche der Werte von n und k des als Antireflektionsfilm benutzten Filmes auszuwählen, beim Schritt des Auswählens des komplexen Brechungsindex.

Eine Ausführungsform des Antireflektionsfilms wird nachfolgend beschrieben.

Herkömmlicherweise ist es möglich, den Brechungsindex eines Plasmanitridfilms (P - Si_XN_Y), der durch ein Plasma-CVD-Verfah ren gebildet wurde, durch Ändern der Parameter (_X, _Y) der Mate rialzusammensetzung zu ändern.

Der Plasmanitridfilm kann bei einer niedrigen Temperatur von 200 bis 400°C gebildet werden, mit überragenden Charakteristiken bezüglich einer Abschirmung gegen Feuchtigkeit und Alkali-Ionen, bezüglich mechanischer Stärke und Abdeckung einer Stufe.

Fig. 9 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verbindungsverhältnis von Si zu N des Plasmanitridfilms und der optischen Charakteri stik zum Zeitpunkt des Auftreffens der i-Linie (λ = 365 nm). In der Figur sind die Fälle gezeigt, wo die Verhältnisse von Si zu N ∞, 1,35, 0,82 sowie 0,75 betragen. Wie aus der Figur hervor geht, erfüllen der Aufbau des Plasmanitridfilms am Punkt A (n = 2,8, k = 1,3) und der Aufbau des Plasmanitridfilms am Punkt B (n = 2,2, K = 0,07) im wesentlichen die Bedingung des komplexen Brechungsindex von 1,0 < n < 3,0 sowie 0,4 < k < 1,3. Si/N (= _X/_Y) beträgt 1,35 und 0,82. Bezüglich des Punktes B, da der Wert von k klein ist, scheint Si/N < 1,0 entsprechend k < 0,4 zu sein, wenn Dateninterpolation durchgeführt wird.

Daher ist das Verbindungsverhältnis der Parameter (_X, _Y) des Plasmanitridfilms der 1,0 < n < 3,0 sowie 0,4 < k < 1,3 des kom plexen Brechungsindex erfüllt, 1,0 < _X/_Y < 1,4.

Wie in Fig. 10 gezeigt, zeigt ein Bereich E₁ eine Spanne der Werte n und k, die für den Antireflektionsfilm benötigt werden. Eine durchgezogene Linie G₁ zeigt die Spanne der Werte von n und k, die das Plasma SiN annehmen kann. Dementsprechend zeigt die Spanne, in welcher der Bereich E₁ die durchgezogene Linie G₁ schneidet, die Bedingung des Antireflektionsfilms auf dem Oxid film zum Zeitpunkt der i-Linien-Belichtung.

Wie in Fig. 11 gezeigt, wird nachfolgend eine Beschreibung des Zusammenhangs zwischen dem Verbindungsverhältnis von Si zu N des Plasmanitridfilms sowie den optischen Eigenschaften zum Zeit punkt des Auftreffens des krF-Lichts vorgenommen. In den Figuren sind die Fälle gezeigt, bei denen die Verhältnisse von Si zu N sind: ∞, 1,35, 0,82 sowie 0,75. Wie aus der Figur hervorgeht, können durch die obere Randbedingung von k < 1,3 nur die Verbin dungsverhältnisse von Si/N = 0,82 und 0,75 Lösungen sein. Der Wert von Si/N, 0,75, ist die untere Grenze des Verhältnisses von Si zu N. Daher stellt sich heraus, daß das Verbindungsverhältnis der Parameter des Plasmanitridfilms, die 1,0 < n < 3,0 sowie 0,4 < k < 1,3 des komplexen Brechungsindex erfüllen, 0,75 < _X/_Y < 0,8 beträgt. Fig. 12 ist eine Grafik, bei welcher die Abszisse den Realteil n zeigt und die Ordinate den Imaginär teil k zeigt, auf der Basis der Daten aus Fig. 11.

In Fig. 12 ist ein Bereich E₂ im Bereich der Werte von n und k, die für den Antireflektionsfilm benötigt werden. Ein Bereich G₂ ist im Bereich der Werte n und k, die das Plasma SiN annehmen kann. Aus dem obigen zeigt der Rahmen, in welchem der Bereich E₂ den Bereich G₂ schneidet, die Bedingung des Antireflektionsfilms auf dem Oxidfilm zum Zeitpunkt der Belichtung durch krF-Licht.

Wie oben beschrieben, ist es durch Ändern von Parametern der Materialzusammensetzung des Plasmanitridfilms (Si_XN_Y), der durch das Plasma-CVD-Verfahren gebildet wird, möglich, die Werte des Realteils n und des Imaginärteils k des komplexen Brechungs index, der die optische Charakteristik eines Antireflektions films beschreibt, in einen vorbestimmten Bereich zu setzen, wo durch ein gewünschter Antireflektionsfilm zu erhalten ist.

Entsprechend einem Verfahren zum Herstellen eines Antireflek tionsfilms ist es möglich, den Antireflektionsfilm durch Aus wählen der Werte des Realteils n und des Imaginärteils k des Zusammenhanges n - i × k, der den Brechungsindex als optische Eigenschaft des Antireflektionsfilms beschreibt, herzustellen. Als Ergebnis ist es möglich, einen idealen Antireflektionsfilm zu erhalten, nur durch Untersuchen des komplexen Brechungsindex des Materials, ohne experimentelles Bilden eines Antireflek tionsfilms auf einem Halbleiterwafer und Messen des Reflektions grades.

Durch das Verfahren zum Herstellen des Antireflektionsfilms kann ein beliebiger Antireflektionsfilm durch Setzen der Werte des Realteils n und des Imaginärteils k des komplexen Brechungsindex n - i × k des Plasmanitridfilms (Si_XN_Y) durch Ändern von Para metern (_X, _Y) der Materialverbindung gebildet werden, wobei der Plasmanitridfilm (Si_XN_Y) durch das Plasma-CVD-Verfahren gebildet wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Antireflektionsschicht, die bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens mit Belichtungswellenlängen λ im Be reich von 248 nm bis 365 nm benutzt wird, wobei die Antireflektions schicht auf einer bei einem Belichtungsvorgang zu bedeckenden Schicht als eine Si_XN_Y-Schicht ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Si_XN_Y-Schicht durch ein Plasma-CVD-Verfahren mit einem Si : N-Verhältnis der Schichtzusammensetzung von 0,75 < X/Y < 0,85 für λ im Bereich von 248 nm bis 1, 0 < X/Y < 1,4 für λ im Bereich von 365 nm
derart ausgebildet wird, daß die Werte von Real- und Imaginärteil n, k des komplexen Brechungsindex (n - i . k) der Si_XN_Y-Schicht auf 1,0 < n < 3,0 und 0,4 < k < 1,3
eingestellt werden.

2. Antireflektionsschicht aus Si_XN_Y zur Benutzung in einem Photo lithographieverfahren beider Herstellung einer Halbleitervorrich tung bei Belichtungswellenlängen d im Bereich von 248 nm bis 365 nm,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Si_XN_Y-Schicht durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet ist,
daß das Si : N-Verhältnis der Schichtzusammensetzung von 0,75 < X/Y < 0,85 für λ im Bereich von 248 nm bis 1,0 < X/Y < 1, 4 für λ im Bereich von 365 nm beträgt, und
daß für Real- und Imaginärteil n, k des komplexen Brechungsindex (n - i . k) der Si_XN_Y-Schicht
1,0 < n < 3,0 und 0,4 < k < 1,3
gilt.