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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung einer Antireflexbeschichtungszusammensetzung
zum Bilden einer Antireflexschicht, ein Verfahren zur Herstellung
einer Antireflexschicht und auf deren Verwendung sowie auf ein Verfahren
zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, in welchem eine derartige
Antireflexschicht verwendet wird.
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Es
ist bekannt, feine Strukturen in einem Halbleiterbauelement auf
fotolithographischem Wege zu erzeugen. Ein Verfahren zur Herstellung von
Strukturen mittels Fotolithographie lässt sich schematisch wie folgt
beschreiben. Als erstes wird auf ein zu strukturierendes Substrat,
wie z.B. einen Halbleiterwafer, eine dielektrischen Schicht oder
eine leitfähige
Schicht, ein Fotoresistfilm aus organischen Materialien aufgebracht,
der die Eigenschaft hat, seine Löslichkeit
gegenüber
einer alkalischen Lösung nach
Belichtung mit ultraviolettem (UV) Licht, Röntgenstrahlung etc. verglichen
mit dem unbelichteten Zustand zu ändern. Der Resistfilm wird
unter Verwendung einer Maskenstruktur über dem Fotoresistfilm selektiv
belichtet und dann entwickelt, um den Bereich mit hoher Löslichkeit
zu entfernen (im Fall eines positiven Resists wird der belichtete
Bereich entfernt), während
der Bereich geringer Löslichkeit
zur Bildung von Resiststrukturen verbleibt. Durch Ätzen des
Substrats in dem Bereich, in welchem das Resist für die Strukturbildung
entfernt wurde, und anschließendem
Beseitigen des verbliebenen Resists lassen sich dann die gewünschten
Strukturen zur Verdrahtung, für
Elektroden etc. erzielen.
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Die
Strukturierungsmethode mit der oben beschriebenen Fotolithographietechnik
wird in großem
Umfang verwendet, da sich durch sie feine Strukturen mit hoher Auflösung erreichen
lassen. Um jedoch noch feinere Strukturen zu erzeugen, sind noch
weitere Verbesserungen im Herstellungsprozeß erforderlich. Die Linienbreite
der nach Belichten und Entwickeln des Fotoresistfilms erzeugten,
feinen Strukturen sollte dieselbe sein wie diejenige der Fotomaske
bei einem bestimmten Verkleinerungsfaktor. Da jedoch viele Schritte
während
des Fotolithographieprozesses erforderlich sind, ist es schwierig,
die Linienbreite der Muster konsistent zu halten. Variationen der
Linienbreite werden hauptsächlich
verursacht durch Schwankungen der Belichtungsdosis aufgrund von
Schwankungen in der Resistdicke sowie durch Lichtinterferenz aufgrund
diffuser Lichtreflexion über
der Topographie (s. S. Wolf und R. N. Tauber, Silicon Processing
for the VLSI Era, Vol. 1, S. 439, 1986).
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Heutzutage
erfordert die Miniaturisierung von Systemen, die komplexe integrierte
Schaltkreise verwenden, Schaltkreischipentwürfe mit beträchtlich geringerer
Abmessung. Eine derartige Verkleinerung der Abmessungen sowie das
Anwachsen der Leistungsdichte erfordern eine Miniaturisierung des
fotolithographischen Prozesses, wofür zunächst die Verwendung einer ebeneren
Topographie und Licht kleinerer Wellenlänge in Betracht kommt. Die
Verwendung von höherfrequentem
Licht als Belichtungsquelle ergibt jedoch eine neue Schwierigkeit.
So besitzen KaF-Excimerlaser und Lichtquellen im fernen UV, die
beispielsweise für
eine Verwendung bei der Herstellung von 256Mbit DRAMs (dynamische
Direktzugriffsspeicher) in Betracht kommen, Licht kürzerer Wellenlänge als
die g-Linie, i-Linie etc.. Wenn derartiges Licht jedoch zur Belichtung
verwendet wird, werden bestimmte Defekte von Bedeutung, insbesondere
diejenigen, die auf Reflexionen an einer unteren Schicht mit einer unebenen
Oberfläche
beruhen. Dies bedeutet, daß eine
Schwankung in der kritischen Abmessung (CD) aufgrund Interferenz
oder diffuser Reflexion an der Oberfläche mit unebener Topographie
auftritt.
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Um
dieser Schwierigkeit zu begegnen, erscheint das Aufbringen einer
Antireflexschicht unvermeidlich. Eine Antireflexschicht ist beispielsweise
in der Patentschrift
US 4.910.122 beschrieben.
Die Schicht wird unter einer fotosensitiven Schicht, z.B. ein Fotoresist,
angeordnet und dient dazu, Defekte aufgrund von reflektiertem Licht
auszuschließen.
Die Schicht enthält
lichtabsorbierende Farbstoffkomponenten und ist als ebene und dünne Schicht
aufgebracht, so daß scharfe
fotosensitive Schichtstrukturen durch Verwendung einer solchen Antireflexschicht
hergestellt werden können,
da diese Schicht das vom Substrat reflektierte Licht in herkömmlicher Weise
zu absorbieren vermag.
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Die
herkömmliche
Antireflexschicht für
Licht im fernen UV besitzt jedoch komplexe Komponenten und setzt
der Materialwahl Grenzen. Dies erhöht die Produktionskosten und
macht die Anwendung aufwendig. Als ein Beispiel einer herkömmlichen Antireflexbeschichtungszusammensetzung
ist in der obigen US-Patentschrift eine sechskomponentige Mischungszusammensetzung
aus Polyamidsäure, Kurkumin,
Bixin, Sudan Orange G, Cyclohexanon und N-methyl-2-Pyrrolidon offenbart.
Diese Komposition besteht folglich aus vier Farbstoffkomponenten, die
jeweils Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbieren, sowie zwei
Lösungsmitteln
zum Lösen
der vier Farbstoffkomponenten. Von dieser beispielhaften Zusammensetzung
ist es bekannt, daß sie
verhältnismäßig komplex
und ihre Herstellung aufwendig ist. Da die Komposition aus vielen
Komponenten zusammengesetzt ist, besteht außerdem die Schwierigkeit einer
Vermischung mit der auf die Oberfläche der Antireflexschicht aufgebrachten
Resistkomposition, was in unerwünschten
Produkten resultieren kann.
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In
der Patentschrift
US 4.910.122 ist
die Verwendung einer Zusammensetzung zum Bilden einer Antireflexbeschichtung
für ein
Halbleiterbauelement offenbart, die aus einer Polymerlösung besteht,
welche als eine Hauptkomponente z.B. Polyvinylpyrrolidin und ähnliche
wasserlösliche
Polymermaterialien beinhaltet.
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In
der Offenlegungsschrift JP 63-233531 A ist die Verwendung einer
Antireflexbeschichtungszusammensetzung offenbart, die ein Acrylharz
beinhaltet. In dem Zeitschriftenaufsatz A. Yen et al., An Anti-Reflection
Coating for Use with PMMA at 193 nm, J. Electrochem. Soc., Band
139, Nr. 2, Seite 616 ist speziell die Verwendung einer Antireflexbeschichtung
beschrieben, die Polymethylmethacrylat (PMMA) beinhaltet. Die Offenlegungsschriften
EP 0 599 762 A1 und
JP 62-159143 A offenbaren die Verwendung eines Novolakharzes für eine erste,
reflexmindernde Schichtlage einer mehrlagigen Photoresistschicht.
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Der
Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer
Verwendung einer vereinfachten Antireflexbeschichtungszusammensetzung, eines
Verfahrens zur Herstellung einer daraus bestehenden Antireflexschicht,
die sich gut für
die Verwendung in Lithographieprozessen zur Halbleiterbauelementstrukturierung
eignet, einer Verwendung derselben sowie eines Verfahrens zur Herstellung
eines Halbleiterbauelementes unter Verwendung einer solchen Antireflexschicht
zugrunde.
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Dieses
Problem wird durch eine Verwendung einer Antireflexbeschichtungszusammensetzung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung
einer Antireflexschicht mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3,
einer Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie
ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst. Dadurch ist es z.B. möglich, eine einkomponentige
Antireflexschicht vorzusehen, was Aufwand und Kosten gering hält und der
Schwierigkeit einer Vermischung mit einem benachbarten Resistmaterial
begegnet.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung und zu deren besserem Verständnis aufgenommene, nicht erfindungsgemäße Ausführungsformen sind
in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Hierbei zeigen:
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1 ein
Diagramm des Reflexionsvermögens
für Licht
mit einer Wellenlänge
von 248nm in Abhängigkeit
von der Härtetemperatur
während
der Herstellung einer Antireflexschicht nach Aufbringen einer Antireflexbeschichtungszusammensetzung,
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2 ein
Diagramm der relativen Intensitätsänderung
des FT-IR-Spitzenwertes
in Abhängigkeit
von der Härte temperatur
während
der Herstellung einer Antireflexschicht, wobei die Kennlinie "a" zu einem 1500cm–1-Spitzenwert und die
Kennlinie "b" zu einem 1720cm–1-Spitzenwert gehört,
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3A und 3B Diagramme
des Transmissionsgrads von Antireflexschichten in Abhängigkeit von
UV-Lichtwellenlängen
bei verschiedenen Härtetemperaturen,
wobei 3a zu einer 150nm dicken Antireflexschicht
aus einer Polymerzusammensetzung, die aus einem Harz auf Novolakbasis
und einer fotoaktiven Verbindung auf Diazonaphtoquinonbasis besteht,
und 3B zu einer 500nm dicken Antireflexschicht
aus einem Harz auf Novolakbasis gehört,
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4 ein
Diagramm des Reflexionsgrades für
Licht mit einer Wellenlänge
von 248nm in Abhängigkeit
von der Schichtdicke, wobei die Kennlinie "a" den
Fall ohne Verwendung einer Antireflexschicht wiedergibt, während die
Kennlinie "b" den Fall der Verwendung
einer Antireflexschicht darstellt,
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5 ein
Diagramm der Variation der kritischen Abmessung (CD) von unter Verwendung
von Licht einer Wellenlänge
von 248nm erzeugten Strukturen in Abhängigkeit von der Schichtdicke,
wobei die Kennlinie "a" den Fall ohne Verwendung
einer Antireflexschicht wiedergibt, während die Kennlinie "b" den Fall der Verwendung einer Antireflexschicht
darstellt,
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6 einen
Verfahrensablaufplan für
die Herstellung eines Halbleiterbauelementes unter Verwendung einer
Antireflexschicht,
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7A bis 7D rasterelektronenmikroskopische
Aufnahmen, welche die Charakteristika von Strukturen mit 300nm-Stufen,
die durch das herkömmliche
Verfahren mit einem einzelnen Resist hergestellt wurden, illustrieren,
wobei die Linienbreiten der Strukturen in den Teilfiguren A, B,
C und D 0,3μm,
0,32μm,
0,34μm bzw.
0,36μm betragen
und die Resistdicke jeweils 0,5μm
beträgt
und
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8A und 8B rasterelektronenmikroskopische
Aufnahmen, welche die Charakteristika von Strukturen mit 300nm-Stufen,
welche unter Verwendung einer Antireflexschicht hergestellt wurden,
illustrieren, wobei die Resistdicken in den Teilbildern A und B
0,5μm bzw.
0,8μm und
die Linienbreiten der Strukturen jeweils 0,3μm betragen.
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Eine
erfindungsgemäß verwendete Antireflexbeschichtungszusammensetzung
für ein Halbleiterbauelement
beinhaltet eine Polymerlösung, die
als hauptsächliche
Komponente eine Verbindung enthält,
für die
ein Harz auf Polyvinylphenolbasis oder ein wasserlösliches
Harz in Form eines Polyvinylalkoholharzes gewählt wird. Soweit im Folgenden auch
andere Antireflexbeschichtungszusammensetzungen erläutert werden,
wie solche, deren hauptsächliche
Polymerlösungskomponente
eine Verbindung aus einem Harz auf einer anderen Phenolbasis oder
aus einem anderen wasserlöslichen
Harz oder aus einem Acrylharz beinhalten, dient dies zum besseren
Verständnis
der Erfindung.
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Die
Gruppe der verwendbaren Harze auf Phenolbasis umfasst Harze auf
Novolakbasis, Harze auf Polyvinylphenolbasis, eine Mischung dieser
beiden Typen oder ein Harz auf Copolymerbasis, das wenigstens eine
der vorstehend genannten Verbindungen enthält. Die bevorzugten wasserlöslichen Harze
umfassen ein Polyvinylalkohol-Harz. Als Lösungsmittel für die Polymerlösung kommt
jedes beliebige in Betracht, welches die Harzkomponente zu lösen vermag,
und wenigstens ein aus der Gruppe, die Alkohole, aromatische Kohlenwasserstoffe,
Ketone, Ester und deionisiertes Wasser umfasst, ausgewähltes kann
bei Bedarf verwendet werden. Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Antireflexschicht wird
eine Polymerlösung,
die als Hauptkomponente wenigstens eine Verbindung enthält, welche
ein Harz auf Polyvinylphenolbasis oder ein wasserlösliches Harz
in Form eines Polyvinylalkoholharzes umfasst, auf ein Substrat aufgebracht,
wonach die aufgebrachte Polymerlösung
bei einer hohen Temperatur gehärtet
wird. Das Härten
bei hoher Temperatur erfolgt vorzugsweise in Umgebungs- oder Sauerstoffatmosphäre im Temperaturbereich
zwischen 200°C und
400°C und
für eine
Zeitdauer zwischen 30 Sekunden und 5 Minuten, wobei die bevorzugte
Dicke der aufgebrachten Schicht nach dem Aushärten bei hoher Temperatur geringer
als 150nm ist.
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Ein
sanfter Härtungsprozess
kann nach dem Beschichtungsvorgang zum Aufbringen der Antireflexschicht,
jedoch vor dem Härten
bei hoher Temperatur durchgeführt
werden, wobei dies bevorzugt bei 100°C bis 250°C für eine Zeitdauer zwischen 30
Sekunden und 5 Minuten erfolgt. Nach dem sanften Härtungsvorgang
kann ein dickensteuernder Prozess für die aufgebrachte Schicht
vorgesehen werden, der darin besteht, den oberen Teil der aufgebrachten
Schicht vor dem Härten
bei hoher Temperatur unter Verwendung wenigstens eines Lösungsmittels
zu entfernen, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Alkoholen,
aromatischen Kohlenwasserstoffen, Ketonen, Estern und deionisiertem Wasser
besteht.
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Die
Verwendung der wenigstens eines der Harze auf Polyvinylphenolbasis
oder des wasserlöslichen
Polyvinylalkoholharzes als Hauptkomponente enthaltenden Polymerlösung hat
zur Folge, dass ein herkömmliches
Resist verwendet werden kann. Die Erfindung ist dadurch charakterisiert,
dass ein Aushärtungsvorgang
erfolgt, um dem Harz eine lichtabsorbierende Funktion zu verleihen.
Das Härten
bei hoher Temperatur bewirkt für
jedes Harz eine thermische Reaktion, und durch die thermische Reaktion verändert sich
die Molekularstruktur des Harzes durch Oxidation, wonach das Harz
in der Lage ist, Licht im fernen UV zu absorbieren. Die Erfindung
ermöglicht
das Aufbringen des Harzes als dünnen
Film, und der Wirkungsgrad der Antireflexschicht lässt sich,
da die Dicke der Antireflexschicht gesteuert werden kann, besonders
an Stufen optimieren, so daß die
während
eines Ätzvorgangs
auftretenden Schwierigkeiten so gering wie möglich gehalten werden können.
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Die
grundlegenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung
der Antireflexschicht sind im einzelnen die folgenden. Zunächst wird
ein Harz durch eine Beschichtungstechnik, wie z.B. Schleuderbeschichtung,
auf ein Substrat aufgebracht. Optional kann das Harz zum Entfernen
des Lösungsmittels
gehärtet
und der obere Teil des Harzes unter Verwendung eines Lösungsmittels,
wie Alkohole, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ketone, Ester oder
deionisiertes Wasser, entfernt werden. Die Dicke des Harzes kann
durch Steuern der Temperatur während
dieses ersten Härtens
und der Lösungsmittelbehandlungsdauer
gesteuert werden, wenn dies erforderlich ist. Wenn bereits mit dem
Harzbeschichtungsschritt eine aufgebrachte Schicht mit der gewünschten
Dicke vorliegt, kann dieser Prozeß entfallen. Als nächstes wird
ein Härtungsvorgang
bei hoher Temperatur ausgeführt,
so daß die
Harzschicht ihre lichtabsorbierenden Eigenschaften erhält. Während dieses
Aushärtens
bei hoher Temperatur erhält die
Harzschicht ihre Antireflexeigenschaften.
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Die
Antireflexschicht und die durch sie erzielbaren Wirkungen werden
nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 veranschaulicht
die Beziehung zwischen der Aushärtungstemperatur
und dem Reflexionsgrad des Harzes. Die Antireflexschicht wurde durch
die unten in Beispiel 1 beschriebene Vorgehensweise hergestellt.
Dabei wurden die Härtetemperatur
variiert und der Reflexionsgrad bei 248nm gemessen und in Abhängigkeit
von der Härtetemperatur
aufgetragen. Aus der Figur ist ersichtlich, daß der Reflexionsgrad bei ungefähr 200°C maximal
ist und dann mit steigender Härtetemperatur
allmählich
abnimmt. Bei 300°C
ist er auf ungefähr
45% abgesunken, und die aufgebrachte Schicht verändert sich zu einem Licht bei
248nm absorbierenden Körper.
Es ist weiter ersichtlich, daß zunächst mit
steigender Härtetemperatur
eine Schicht mit besserer Antireflexwirkung erzielbar ist. Aufgrund
der Versuche der Erfinder wurde gefunden, daß die bevorzugte Härtemperatur
im Bereich von 200°C
bis 400°C
liegt. Wenn die Härtetemperatur
höher als
400°C ist,
neigt das Harz dazu, sich aufgrund von Effekten wie Brennen des Harzes
in eine unerwünschte
Konstitution zu verändern,
und wenn die Härtetemperatur
unterhalb von 200°C
liegt, wird das Lösungsmittel
in der aufgebrachten Schicht nicht vollständig beseitigt, und es resultiert
eine Vermischung mit den Fotoresistkomponenten, die anschließend auf
die Antireflexschicht aufgebracht werden. Deshalb wird der oben
genannte Temperaturbereich bevorzugt, wobei der Bereich zwischen
260°C und
320°C einen
besonders bevorzugten Temperaturbereich darstellt.
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2 veranschaulicht
graphisch die Änderung
der relativen Intensität
des fouriertransformierten Infrarot (FT-IR)-Spitzenwertes in Abhängigkeit von
der Härtetemperatur
während
der Herstellung der Antireflexschicht gemäß dem unten beschriebenen Beispiel
1, wobei die Kennlinie "a" dem Spitzenwert
bei ungefähr
1500cm–1 und
die Kennlinie "b" demjenigen bei ungefähr 1720cm–1 entspricht.
Aus der Kennlinie "a", welche die Änderung
des 1500cm–1-Spitzenwertes
in Abhängigkeit
von der Härtetemperatur
in dieser Figur zeigt, bestätigt
sich, daß der
Spitzenwert mit steigender Temperatur allmählich abnimmt und sich oberhalb
von 260°C
abrupt verringert. Da dieser Spitzenwert zu der aromatischen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung
gehört,
bedeutet dies, daß diese
aromatische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung abnimmt. Insgesamt bedeutet
dies mit Sicherheit, daß sich
die Struktur des Harzes verändert.
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Aus
der Kennlinie "b", welche die Variation des
1720cm–1-Spitzenwertes in
Abhängigkeit
von der Härtetemperatur
darstellt, ist ersichtlich, daß der Spitzenwert
bei Temperaturen oberhalb von 260°C abrupt
ansteigt und im Gegensatz zur Kenn linie "a" bei
Temperaturen oberhalb von 300°C
maximal ist. Da dieser IR-Spitzenwert bei 1720cm–1 zur
C=0-Doppelbindung gehört,
wird angenommen, daß die C=0-Doppelbindungen
in der Novolakharzstruktur mehr werden. Dies bedeutet, daß sich die
Sauerstoffmenge in dem Harz durch das Härten erhöht, und diese Art der Veränderung
der Molekularstruktur des herkömmlichen
Novolakharzes läßt ein transformiertes
Harz entstehen, welches eine erhöhte
Fähigkeit zur
Absorption von Licht mit einer Wellenlänge von 248nm besitzt.
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In
den 3A und 3B sind
Kurven dargestellt, welche den Transmissionsgrad in Abhängigkeit von
der Wellenlänge
für Antireflexschichten
mit unterschiedlichen Härtetemperaturen
dargestellen, wobei 3A zu einer 150nm
dicken Antireflexschicht aus einer Polymerzusammensetzung gehört, die
aus einem Harz auf Novolakbasis und einer fotoaktiven Verbindung
auf Diazonaphtoquinonbasis besteht, und wobei 3B zu
einer 500nm dicken Antireflexschicht aus einem Harz auf Novolakbasis
gehört.
Aus den 3A und 3B ergibt
sich, daß sich
der Transmissionsgrad mit steigender Härtetemperatur verringert (was
bedeutet, daß sich
der Absorptionsgrad des Harzes erhöht). Dieser Effekt wird durch
das Härten
des Harzes verursacht. Die erfindungsgemäße Antireflexschicht, die bei
besonders hoher Temperatur gehärtet
wird, besitzt die Eigenschaft, in einem weiten Wellenlängenbereich
zu absorbieren.
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Die
Erfinder haben die Änderung
des Transmissionsgrades für
die Antireflexschichten, die durch ein Polymer bestehend aus Novolakharz
und einer fotoaktiven Verbindung auf Diazonaphtoquinonbasis mit
einer Dicke von 150nm gebildet wurden, und für diejenigen, die aus Novolakharz
mit einer Dicke von 500nm gebildet wurden, beobachtet. Aus den Ergebnissen
läßt sich
folgern, daß die
Abnahme des Transmissionsgrades nicht durch das fotosensitive Material,
d.h. Diazonaphtoquinon, verursacht ist, sondern durch die Strukturveränderung
des Harzes auf Novolakbasis aufgrund thermischer Reaktion. Das fotosensitive
Material, das den größten Kostenanteil
unter den Komponenten der herkömmlichen
Resistzusammensetzung ausmacht, braucht daher in der erfindungsgemäßen Antireflexbeschichtungszusammensetzung
nicht enthalten zu sein.
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4 zeigt
Kurven, welche den Reflexionsgrad des Fotoresists bei einer Wellenlänge von 248nm
wiedergeben, wobei die Kurve "a" den Fall ohne Verwendung
einer Antireflexschicht betrifft, während die Kurve "b" zu dem Fall der Verwendung einer durch
das erfindungsgemäße Verfahren
aufgebrachten Antireflexschicht gehört. Der Reflexionsgrad der
Fotoresistschicht, welche ohne ein gehärtetes Harz als Antireflexschicht
verwendet wird, ist hoch, und die Änderung des Reflexionsgrad
in Abhängigkeit
von der Schichtdicke ist ebenfalls beträchtlich, wobei die maximale
Differenz 43% beträgt. Demgegenüber ist
der Reflexionsgrad der Fotoresistschicht, bei der ein gehärtetes Harz
als Antireflexschicht verwendet wird, gering (kleiner als 30%),
und zwar über
den gesamten Schichtdickenbereich, wobei die maximale Schwankung
10% beträgt.
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5 zeigt
Kurven, welche die Änderung
der CD (kritischen Abmessung) eines unter Verwendung einer Wellenlänge von
248nm gebildeten Struktur wiedergeben, wobei die Kurve "a" zu dem Fall ohne Verwendung einer Antireflexschicht
gehört,
während die
Kurve "b" den Fall der Verwendung
einer durch das erfindungsgemäße Verfahren
aufgebrachten Antireflexschicht darstellt. 5 bestätigt, daß die CD-Änderung
für die
Strukturen, die ohne Verwendung der Antireflexschicht gebildet wurden,
groß ist, wobei
das Maximum bei 0,16μm
liegt, während
die maximale CD-Änderung
für die
Strukturen, zu deren Bildung die Antireflexschicht verwendet wurde,
demgegenüber
nur 0,04μm
beträgt.
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6 veranschaulicht
den Verfahrensablauf für
die Herstellung eines Halbleiterbauelementes unter Verwendung einer
erfindungsgemäßen Antireflexschicht.
In Verbindung mit 6 wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung
mit konkreten Zahlenangaben beschrieben.
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Als
erstes wird eine Aluminiumschicht auf einem Substrat gebildet, wonach
ein Harz auf die Aluminiumschicht durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren
aufgebracht wird. Daraufhin wird ein weicher Härtevorgang bei ungefähr 210°C für ca. 50
Sekunden und anschließend
bei ungefähr
120°C für ca. 50
Sekunden zur Entfernung von Lösungsmitteln
angewendet. Mehrschrittiges, weiches Härten erhöht die Gleichmäßigkeit
der Schicht. Als nächstes
wird der obere Teil der Harzschicht unter Verwendung eines Lösungsmittels,
wie Ethylcellosolveacetat, durch ein Puddelverfahren entfernt, wonach
die verbliebene Schicht durch Schleudern getrocknet wird. Dieser dickensteuernde
Schritt kann unterbleiben, wenn er nicht erforderlich ist. Im allgemeinen
besitzt die durch Oberflächenabtrag
dickengesteuerte Schicht eine erhöhte Gleichmäßigkeit. Die Dicke der Schicht
kann auf einfache Weise durch Regulieren der Härtetemperatur je nach Art des
verwendeten Lösungsmittels gesteuert
werden, Daraufhin wird ein Härtevorgang bei
einer hohen Temperatur von 250°C
oder mehr auf einer heißen
Platte für
50 Sekunden oder länger,
beispielsweise bei 300°C
für ungefähr 90 Sekunden, durchgeführt, um
dem Harz seine Antireflexfunktion zu verleihen. Während dieses
zweiten Härtevorgangs
wird das Harz oxidiert und wird zu einem lichtabsorbierenden Körper. Mit
steigender Temperatur dieses zweiten Härtevorgangs reduziert sich
der Reflexionsgrad. Anschließend
wird auf der so erhaltenen Antireflexschicht mittels eines herkömmlichen
Lithographieprozesses, der das Aufbringen eines Resists und dessen
Belichten, Härten
(Nachbelichtungs-Härtevorgang,
abgekürzt
NBH) sowie Entwickeln beinhaltet, eine Resiststruktur erzeugt. Der
Resistfilm und die Antireflexschicht können dabei separat strukturiert
werden, indem das Resist zur Bildung der Resist strukturen strukturiert
und dann die Antireflexschicht unter Verwendung der Resiststruktur
als Maske geätzt
wird. Danach wird die unter der Antireflexschicht liegende Aluminiumschicht
durch Ätzen strukturiert.
Die Antireflexschicht kann auch im Schritt des Ätzens der Aluminiumschicht
geätzt
und strukturiert werden.
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Nachfolgend
werden erfindungsgemäße und nicht
erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele
im Detail beschrieben.
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Beispiel 1
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Durch
Schleuderbeschichtung bei 5200 U/min für 30 Sekunden wurde auf ein
Siliziumsubstrat MC Kasei BL-1, 2 CP (Warenzeichen, hergestellt von
Mitsubishi kasei), ein Harz auf Novolakbasis, aufgebracht, wobei
sich eine Schichtdicke von 130nm ergab. Die aufgebrachte Schicht
wurde sanft auf einer heißen
Platte bei 210°C
für 50
Sekunden und dann nochmals für
50 Sekunden bei 100°C
zur Lösungsmittelbeseitigung
gehärtet.
Die Dicke der Schicht wurde unter Verwendung von Ethylcellosolveacetat
mittels eines Puddelverfahrens für
60 Sekunden auf 70nm eingestellt. Ein abschließender Härteschritt bei 300°C für 90 Sekunden
ergab eine nicht erfindungsgemäße Antireflexschicht.
Der Reflexionsgrad für
Licht mit einer Wellenlänge
von 248nm verringerte sich nach dem Härten auf 45% desjenigen eines
blanken Siliziumwafers.
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Daraufhin
wurde durch ein konventionelles Verfahren ein Resistfilm aufgebracht,
und durch Entwickeln, Belichten etc. wurden Resiststrukturen erzeugt.
Anschließend
wurde ein Ätzprozess
durchgeführt.
Als Fotoresist wurde XP89131 (Warenzeichen, hergestellt von Shipley
Co.,) verwendet, und die Dicke des Resistfilms betrug mindestens
0,8μm, da sich
dessen Dicke während
des Ätzens
verringert. Ein Nikon EX1755-Stepper (Warenzeichen, hergestellt
von Nikon Co., Ltd.) mit einem KrF-Excimerlaser wurde als Lichtquelle verwendet.
Eine wässrige TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid)-Lösung wurde
als Entwicklerlösung
verwendet, und Cl2 sowie O2 wurden
zum Ätzen
der Antireflexschicht in einem Zeitätzverfahren benutzt. Mit den
obigen Bedingungen wurde eine VA(Linie/Abstand)-Abmessung von 0,30μm erhalten,
sogar für
eine Stufe von 300nm.
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Beispiel 2
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Eine
erfindungsgemäße Antireflexschicht wurde
in derselben Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, herstellt, mit
der Ausnahme, dass anstelle des Resists auf Novolakbasis ein Resist
auf Polyvinylphenolbasis verwendet wurde. Der Reflektionsgrad verringerte
sich unter denselben Bedingungen auf 45%.
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Beispiel 3
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Eine
nicht erfindungsgemäße Antireflexschicht
wurde in derselben Weise hergestellt, wie im Beispiel 1 beschrieben,
mit der Ausnahme, dass anstelle des Resists auf Novolakbasis ein
reines Novolakharz verwendet wurde. Hierbei betrug der Gewichtsdurchschnitt
des Molekulargewichts 6000 und das Verhältnis von Gewichtsdurchschnitt
des Molekulargewichts zum Anzahldurchschnitt des Molekulargewichts
7. Es wurde dieselbe Wirkung wie im Beispiel 1 erzielt.
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Vergleichsbeispiel
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Es
wurden Resiststrukturen in derselben Weise erzeugt, wie im Beispiel
1 beschrieben, mit der Ausnahme, dass keine Antireflexschicht aufgebracht wurde.
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Die 7A bis 7D zeigen
rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Strukturcharakteristika
für eine
300nm-Stufe, die durch ein konven tionelles Verfahren mit einem einzelnen
Resist ohne Verwendung einer Antireflexschicht hergestellt wurde, wobei
die Linienbreiten der Strukturen 0,30μm, 0,32μm, 0,34μm, bzw. 0,36μm und die Resistdicken sämtlich 0,5μm betragen.
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Die 8A und 8B zeigen
rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von Strukturcharakteristika
für eine
300nm-Stufe, die unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Antireflexschicht
hergestellt wurde, wobei die Resistdicken in den 8A und 8B bei 0,5μm bzw. 0,8μm liegen und die Linienbreiten der
Strukturen jeweils 0,3μm
betragen.
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Aus
den 7A bis 7D sowie 8A und 8B ergibt
sich, dass die durch Verwendung einer Antireflexschicht hergestellten
Resiststrukturen ein besseres Profil aufweisen.
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Wie
oben ausgeführt,
bezieht sich die Erfindung auf eine Antireflexschicht, die dazu
verwendet wird, die durch Reflexion des Lichtes am Substrat während der
Belichtung hervorgerufenen Defekte zu eliminieren. Dabei werden
die Schwierigkeiten bei der herkömmlichen
Antireflexschicht bezüglich
der Auswahl komplexer Komponenten und der hohen Kosten überwunden,
und es kann in einfacher Weise ein Lösungsmittel ausgewählt werden,
da eine Einzelkomponente verwendbar ist. Des weiteren wird bei Verwendung
der unter Benutzung einer erfindungsgemäßen Komposition hergestellten
Antireflexschicht ein gutes Strukturprofil erzielt, was es wiederum
möglich
macht, Halbleiterbauelemente hoher Qualität herzustellen.
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Da
die Schichtdicke während
der Bildung einer aufzubringenden Schicht frei eingestellt werden kann,
kann die Wirkung der Antireflexschicht insbesondere an Stufen optimiert
werden, und Schwierigkeiten, die während des Ätzens nach einem fotolithographischen
Prozess auftreten, können
minimiert werden. Es versteht sich, dass für den Fachmann ver schiedenartige
Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele hinsichtlich
Form und Details ausführbar
sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er
durch die beigefügten Ansprüche festgelegt
ist.