DE4338778A1 - Verfahren zum Herstellen eines Musters eines mehrschichtigen Photoresists - Google Patents
Verfahren zum Herstellen eines Musters eines mehrschichtigen PhotoresistsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
mehrschichtigen Photoresists, im folgenden als Verfahren zum
Herstellen eines MLR(Multi-Level Resist)-Musters bezeichnet.
Das MLR-Muster wird unter Verwendung eines anorganischen
Materials hergestellt.
Die Fig. 3A bis 3D zeigen einen herkömmlichen Prozeß zum
Ausbilden eines MLR-Musters für den Fall, daß keine Stufe
vorhanden ist.
Wie in Fig. 3A dargestellt, werden zunächst ein unterer Re
sistfilm 13, eine Zwischenschicht 15 und ein oberer Resist
film 17 vom Positivtyp in der genannten Reihenfolge auf ein
Halbleitersubstrat 11 aufgetragen. Der untere Resistfilm 13
und der obere Resistfilm 17 sind organische Resistmateria
lien, und die Zwischenschicht 15 ist aus einem auf Glas auf
geschleuderten Film (SOG film = spin on glass film) oder
einem PE-Oxidfilm gebildet, die als Isolierfilm wirken.
Wie in Fig. 3B dargestellt, wird der obere Resistfilm 17 un
ter Verwendung einer Mustermaske 19 durch eine Lichtquelle
21 belichtet. Da der belichtete Bereich des oberen Resist
films 17 vom Positivtyp bei einem Entwicklungstyp entfernt
wird, wird ein Muster des oberen Resistfilms 17 vom Positiv
typ ausgebildet. Anschließend werden die Zwischenschicht 15
und der untere Resistfilm 19 so geätzt, daß ein MLR-Muster
23 hergestellt wird, wobei das Muster des oberen Resistfilms
17 als Ätzmaske verwendet wird. Das MLR-Muster 23 wird als
Ätzmaske beim Ätzen eines Polysiliziumfilms, eines Metall
films und eines Oxidfilms verwendet, die untere Schichten
sind.
Gemäß herkömmlichen Verfahren zum Ausbilden eines MLR-
Musters unter Verwendung eines organischen Resistmaterials
wird ein Polymer 25 an den Seitenwänden des MLR-Musters 23
durch Reaktion mit Cl⁻ beim Ätzen des oberen Resistfilms 17
aus organischem Material gebildet. Da das MLR-Muster 23 ab
hängig von der Konzentration und einem dadurch gebildeten
Mikroladungseffekt mit einer unregelmäßigen Linienbreite
versehen wird, besteht der Nachteil, daß es schwierig ist,
kritische Abmessungen einzustellen.
Die Fig. 4A bis 4D zeigen einen herkömmlichen Prozeß zum
Ausbilden eines MLR-Musters unter Verwendung eines organi
schen Resistmaterials für den Fall, daß Stufen vorhanden
sind.
Fig. 4A zeigt ein Halbleiter-Bauelement wie eine dreidimen
sionale Kondensatorzelle mit einer Oberfläche mit ebenen
Bereichen P und vertieften Bereichen R an der Oberfläche.
Wie dargestellt, treten Stufen zwischen den ebenen Bereichen
P und den vertieften Bereichen R an der Oberfläche auf.
Anschließend wird ein MLR-Einebnungsprozeß für die vorste
hend genannten Stufen ausgeführt. D. h., daß ein unterer
Resistfilm 35 aus einem anorganischen Material dick auf die
gesamte Oberfläche des Substrats aufgetragen wird. Ein Iso
lierfilm wie ein SOG-Film oder ein PE-Oxidfilm wird als
Zwischenschicht 37 auf dem unteren Resistfilm 35 ausgebil
det, und dann wird ein oberer Resistfilm 39 aus organischem
Material auf der Zwischenschicht 37 abgeschieden. Dabei ist
der obere Resistfilm 39 vom Positivtyp.
Obwohl der MLR-Einebnungsprozeß ausgeführt wird, wird wegen
den Stufen an der Oberfläche des Halbleiter-Bauelements die
Oberfläche nicht ganz vollständig eingeebnet.
Gemäß Fig. 4B wird der MLR-Einebnungsprozeß ausgeführt, und
dann wird ein Kontaktloch unter Verwendung einer Mustermaske
41 festgelegt. Beim Ausführen eines Belichtungsschritts un
ter Verwendung einer Lichtquelle 43 zum Festlegen des Kon
taktlochs unterscheidet sich der Oberflächenbereich des
oberen Resistfilms 39, der von der Lichtquelle 43 belichtet
wird, im flachen Bereich P von dem im vertieften Bereich,
die in Zusammenhang mit den Stufen an der Oberfläche vorhan
den sind.
Gemäß Fig. 4C wird ein Prozeß, der derselbe wie der MLR-
Musterungsprozeß von Fig. 3 ist, ausgeführt, um ein MLR-
Muster 45 auszubilden. Wenn Stufen vorhanden sind, ist es
jedoch schwierig, genau ein MLR-Muster mit gewünschter
Breite zu erhalten, da sich die Oberfläche des oberen Re
sistfilms 39, die im ebenen Bereich P belichtet wird, von
derjenigen im vertieften Bereich R unterscheidet, wie dies
in Fig. 4D dargestellt ist. Wie durch Fig. 4E veranschau
licht, ist es daher unmöglich, ein Kontaktloch 47 mit ge
wünschter Größe zu erhalten, das dadurch hergestellt wird,
daß das Halbleiter-Bauelement, das die Schicht unter dem
MLR-Muster 45 ist, unter Verwendung dieses Mustern geätzt
wird. Fig. 4D zeigt die Draufsicht auf das Konntaktloch 47,
aus welcher Draufsicht erkennbar ist, daß die Größe des Kon
taktlochs im Vertieften Bereich R sich von der im ebenen
Bereich P unterscheidet.
Beim herkömmlichen Verfahren zum Ausbilden eines MLR-Musters
unter Verwendung eines organischen Resistmaterials besteht
daher der Nachteil, daß die Oberfläche selbst nach dem Vor
nehmen eines Einebnungsprozesses nicht ganz eingeebnet ist,
wenn die Stufen in einem Halbleiter-Bauelement stärker als
ungefähr 1,5 µm sind.
Wie in Fig. 4B dargestellt, ist es unmöglich, ein gewünsch
tes Muster genau auszubilden, da sich Stufen im Halbleiter
Bauelement, das die unterste Schicht darstellt, bis zur
obersten Schicht erhalten bleiben. Da der organische Resist
film selbst dann, wenn Stufen vorhanden sind, unverändert
verwendet wird, wird das Polymer an den Seitenebenen des
MLR-Musters ausgebildet, wie in Fig. 3 gezeigt, was dazu
führt, daß das Kontaktloch verformt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen eines MLR-Musters hoher Genauigkeit anzugeben.
Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben.
Sie ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer
Resistfilm Verwendet wird, der aus zwei Filmschichten eines
organischen Resists besteht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1A bis 1F sind Querschnitte, die ein erfindungsgemäßes
Verfahren zum Herstellen eines MLR-Musters unter Verwendung
eines anorganischen Resistmaterials veranschaulichen.
Fig. 1G und 1H sind Querschnitte, die einen Prozeß zum Aus
bilden eines Kontaktlochs unter Verwendung des MLR-Musters
von Fig. 1F veranschaulichen.
Fig. 2A und 2B sind Diagramme zum Erläutern des Belichtungs
prinzips beim Ausbilden des MLR-Musters von Fig. 1.
Fig. 3A bis 3D sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines
herkömmlichen Prozesses zum Ausbilden eines MLR-Musters un
ter Verwendung eines organischen Resistmaterials für den
Fall, daß Stufen vorhanden sind.
Fig. 4A bis 4C sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines
herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen eines MLR-Musters
unter Verwendung eines organischen Resistmaterials für den
Fall, daß Stufen vorhanden sind.
Fig. 4D und 4E sind Querschnitte zum Veranschaulichen eines
herkömmlichen Verfahrens zum Ausbilden eines Kontaktlochs
unter Verwendung des MLR-Musters von Fig. 4C.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun ein Verfahren zum Aus
bilden eines MLR-Musters unter Verwendung eines anorgani
schen Resistmaterials gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 1A dargestellt, wird zunächst ein Halbleiter-
Bauelement 63 auf einem Halbleitersubstrat 61 ausgebildet.
Dabei ist angenommen, daß das Halbleitersubstrat 61 Stufen
aufweist, wie sie bei einer dreidimensionalen Kondensator
zelle auftreten. Die Oberfläche des Halbleiter-Bauelement
verfügt über vertiefte Bereiche R und ebene Bereiche P.
Wie in Fig. 1B dargestellt, wird ein unterer Resistfilm 65
auf dem Halbleitersubstrat 61, auf dem das Halbleiter-Bau
element 63 ausgebildet ist, mit einer Dicke ausgebildet, die
mehr als 30% höher als die Höhe der Stufen des Halbleiter-
Bauelements 63 ist, um zunächst die Oberfläche einzuebnen.
Ein anorganischer Resistfilm wie ein solcher aus GexSe1-x
oder ein organischer Resistfilm können als Material für den
unteren Resistfilm 65 verwendet werden. Ein isolierender
Film wie ein PE-Oxidfilm oder ein SOG-Film wird als Zwi
schenschicht 67 auf dem unteren Resistfilm 65 ausgebildet.
Dann wird ein oberer Resistfilm 69 vom Positivtyp herge
stellt, um die Oberfläche nochmals einzuebnen. Daher ist die
Oberfläche völlig eingeebnet.
Der obere Resistfilm 69 weist eine zweistufige Struktur auf
und besteht aus einem ersten oberen Resistfilm 70 aus einem
anorganischen Material wie GexSe1-x und einem zweiten oberen
Resistfilm 71 aus einem anorganischen Material wie Ag2S/
Ag2S3 oder Ag2Se3 Ag2Te/As-Te usw. neben anorganischen
Resistfilmen wie Ag2Se/Ge-Se1-x.
Der erste obere Resistfilm 70 aus einem anorganischen Mate
rial wird mit einer Dicke von 200-300 nm durch ein Hoch
frequenz-Sputterverfahren hergestellt, und der zweite obere
Resistfilm 71 aus einem anorganischen Material wird mit
einer Dicke unter 50 nm abgeschieden.
Wie in Fig. 1C dargestellt, tritt dann, wenn ein Belich
tungsprozeß mit einer Lichtquelle 75 unter Verwendung einer
Mustermaske vorgenommen wird, nachdem die vorstehend genann
ten Einebnungsprozesse ausgeführt wurden, ein Photodotie
rungsphänomen in demjenigen Bereich des oberen Resistfilms
69 auf, der von der Lichtquelle 75 belichtet wird. Danach
wird der belichtete Bereich 76 des zweiten oberen Resist
films 71 aus anorganischem Material durch eine alkalische
Lösung geätzt, wie durch Fig. 1D veranschaulicht, und der
belichtete Bereich des ersten oberen Resistfilms 70 aus an
organischem Material wird unter Verwendung des unbelichtet
gebliebenen Bereichs des zweiten oberen Resistfilms aus an
oranischem Material als Ätzmaske geätzt, was es ermöglicht,
daß ein Muster 69 des oberen Resistfilms erhalten wird, wie
es in Fig. 1E dargestellt ist.
In Fig. 1C bezeichnet eine Bezugsziffer 76 den belichteten
Bereich 76 des oberen Resistfilms 69 in Draufsicht. Da die
Oberfläche des oberen Resistfilms 69 vollständig eingeebnet
wurde, weist der belichtete Bereich 76 dieselbe Abmessung
wie die Mustermaske 73 auf, wenn der obere Resistfilm 69
durch die Lichtquelle 75 belichtet wird.
Wie in Fig. 1F dargestellt, werden die Zwischenschicht 67
und der untere Resistfilm 65 unter Verwendung des Musters
des oberen Resistfilms 69 als Ätzmaske geätzt, um ein MLR-
Muster 77 zu erhalten. Anschließend werden alle unbelichte
ten Bereich des oberen Resistfilms 69 entfernt. Auf dem
oberen Resistfilm 69 wird der unbelichtete Bereich des zwei
ten oberen Resistfilms 71 aus anorganischem Material durch
eine Gemischlösung von HNO3-HCl-H2O beseitigt, und der unbe
lichtete Bereich des ersten oberen Resistfilms 70 aus anor
ganischem Material wird durch ein Gas wie CF4, CHF3 und SF6
oder eine alkalische Lösung entfernt.
Wenn ein MLR-Muster unter Verwendung eines oberen Resist
films vom Negativtyp hergestellt wird, wird andererseits der
unbelichtete Bereich des zweiten oberen Resistfilms 71 aus
anorganischem Material durch eine Gemischlösung aus
HNO3-HCl-H2O entfernt, und der unbelichtete Bereich des er
sten oberen Resistfilms 70 aus anorganischem Material wird
unter Verwendung des unbelichteten Bereichs des zweiten obe
ren Resistfilms 71 aus dem zweiten anorganischen Material
als Ätzmaske geätzt, was bewirkt, daß ein Muster des oberen
Resistfilms 69 ausgebildet wird.
Die Zwischenschicht 67 und der untere Resistfilm 65 werden
unter Verwendung des Musters des oberen Resistfilms 69 als
Ätzmaske geätzt, um ein MLR-Muster 77 auszubilden.
Derjenige Bereich des oberen Resistfilms 69, der nach Aus
bildung des MLR-Musters 77 verbleibt, d. h. der belichtete
Bereich 76 des zweiten oberen Resistfilms 71 aus anorgani
schem Material wird unter Verwendung einer alkalischen Lö
sung oder eines Gases wie CF4, CHF3 und SF6 entfernt.
Fig. 1H ist ein Querschnitt, der ein Verfahren zum Ausbilden
eines Kontaktlochs 79 unter Verwendung der MLR-Maske 77 ver
anschaulicht, die durch den obigen Prozeß erhalten wurde.
D. h., daß das als untere Schicht wirkende Halbleiter-Bau
element 63 unter Verwendung der MLR-Maske 77 geätzt wird, um
ein Kontaktloch 69 auszubilden. Fig. 1G zeigt das Kontakt
loch in Draufsicht.
Aus Fig. 1G ist erkennbar, daß Kontaktlöcher 79 erhalten
werden, die in den vertieften Bereichen R und in den ebenen
Bereichen P des Halbleiter-Bauelements 63 alle die erforder
liche Größe aufweisen.
Fig. 2 ist eine Zeichnung zum Erläutern des Photodotierungs
phänomens, wie es im oberen Resistfilm 69 beim Ausführen des
Belichtungsprozesses auftritt.
Wie in Fig. 2A dargestellt, tritt dann, wenn der obere Re
sistfilm 69 unter Verwendung der Mustermaske 73 als Belich
tungsmaske durch eine Lichtquelle 75 belichtet wird, ein
Photodotierungsphänomen in dem durch die Lichtquelle 75 be
lichteten Bereich 76 des oberen Resistfilms 69 auf. Dabei
wandert Ag innerhalb des oberen Resistfilms 69 vom zweiten
oberen Resistfilm 71 aus anorganischem Material (z. B.
Ag2Se) in den ersten oberen Resistfilm 70 aus anorganischem
Material (z. B. GexSe1-x), was bewirkt, daß Ag⁺-Ionen Elek
tronen des GexSe1-x einfangen. D. h., daß die folgenden
Reaktionen im oberen Resistfilm 69 auftreten, der Licht von
der Lichtquelle 75 empfängt:
hν → e⁻ + h⁺
2h⁺ + Ag2Se → 2Ag⁺ + Se (1)
2h⁺ + Ag2Se → 2Ag⁺ + Se (1)
Mit der Erfindung können die folgenden Wirkungen erzielt
werden. Da das herkömmliche Verfahren unter Verwendung eines
organischen Resistfilms die Oberfläche nicht vollständig
einebnen kann, wenn Stufen über 1,5 µm vorhanden sind, ist
es unmöglich, ein MLR-Muster genau zu erhalten. Dagegen kann
mit der Erfindung die Oberfläche unter Verwendung eines an
organischen Resistfilms vollständig eingeebnet werden, so
daß ein genaues MLR-Muster erhalten werden kann. Daher ist
es möglich, ein Kontaktloch mit gewünschter Größe selbst
dann zu erhalten, wenn das Kontaktloch unter Verwendung
eines MLR-Musters hergestellt wird. Da es auch möglich ist,
die Schwierigkeit zu überwinden, die dadurch entsteht, daß
sich ein Polymer beim Ätzen eines MLR-Musters aus einem or
ganischen Material bildet, wird die Vorspannung in der
Grenzflächenebene stabilisiert, und der Mikroaufladeeffekt
verringert sich, was ein weiteres Verbessern der Auflösung
ermöglicht.
Claims (18)
1. Verfahren zum Herstellen eines MLR-Musters mit den fol
genden Schritten:
- - Ausbilden eines unteren Resistfilms (65) auf einem Halb leitersubstrat (61), in dem ein Halbleiter-Bauelement (63) mit Stufen ausgebildet ist;
- - Ausbilden einer Zwischenschicht (67) auf dem unteren Re sistfilm;
- - Ausbilden eines oberen Resistfilms (69) auf der Zwischen schicht, der aus einem ersten oberen Resistfilm (70) aus einem anorganischen Material und einem zweiten oberen Re sistfilm (71) aus einem anderen anorganischen Material besteht, und der auf dem ersten oberen Resistfilm ausgebil det ist;
- - Belichten des oberen Resistfilms unter Verwendung einer Mustermaske;
- - Ätzen des belichteten Bereichs des zweiten oberen Resist films;
- - Ätzen des ersten oberen Resistfilms unter Verwendung des verbliebenen unbelichteten Bereichs des zweiten oberen Re sistfilms als Ätzmaske, um ein Muster des oberen Resistfilms auszubilden;
- - Ätzen der Zwischenschicht und des unteren Resistfilms un ter Verwendung des Musters des oberen Resistfilms als Ätz maske, in der genannten Reihenfolge, um ein MLR-Muster aus zubilden; und
- - Entfernen des Musters des oberen Resistfilms.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der untere Resistfilm (65) mit einer Dicke ausgebildet wird,
die mehr als 30% höher als die Höhe der Stufen des Halb
leiter-Bauelements (63) ist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der untere Resistfilm (65) aus
einem organischen Resistmaterial hergestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der untere Resistfilm (65) aus einem an
organischen Resistmaterial hergestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der untere Resistfilm (65) aus GexSe1-x hergestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der obere Resistfilm (69) aus
Ag2Se/GexSe1-x hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß der obere Resistfilm aus Ag2S/As2S3 und
As2Se3 Ag2Te/As-Te hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70)
mit einer Dicke von 200 nm-300 nm durch ein HF-Sputterver
fahren hergestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der zweite obere Resistfilm (71)
mit einer Dicke unter 50 nm durch ein HF-Sputterverfahren
hergestellt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der obere Resistfilm (69) vom
Positivtyp ist.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der belichtete Bereich des zweiten
oberen Resistfilms (71) durch eine alkalische Lösung geätzt
wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite obere Resistfilm (71) des
Musters des oberen Resistfilms (69) durch eine Gemischlösung
aus HNO3-HCl-H2O entfernt wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70)
des Musters des oberen Resistfilms (69) durch eine alkali
sche Lösung entfernt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der erste obere Resistfilm (70) des Mu
sters des oberen Resistfilms (69) unter Verwendung von Gasen
wie CF4, CHF3 und SF6 entfernt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
- - der unbelichtete Bereich statt des belichteten Bereichs des zweiten oberen Resistfilms (71) geätzt wird; und
- - der erste obere Resistfilm (70) unter Verwendung des ver bliebenen belichteten Bereichs statt des verbliebenen unbe lichteten Bereichs des zweiten oberen Resistfilms als Ätz maske geätzt wird, um ein Muster des oberen Resistfilms (69) auszubilden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der obere Resistfilm (69) vom Negativtyp ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch
gekennzeichnet, daß der unbelichtete Bereich des zweiten
oberen Resistfilms (71) durch eine Gemischlösung aus
HNO3-HCl-H2O geätzt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß das Muster des oberen Resistfilms (69)
durch eine alkalische Lösung entfernt wird.
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