WO2000021123A1 - PROCEDE DE FORMATION D'UN FILM ANTIREFLECHISSANT SiON, NON POLLUANT VIS-A-VIS DES RESINES PHOTORESISTANTES POUR UV LOINTAIN - Google Patents

PROCEDE DE FORMATION D'UN FILM ANTIREFLECHISSANT SiON, NON POLLUANT VIS-A-VIS DES RESINES PHOTORESISTANTES POUR UV LOINTAIN Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates generally to a method of forming an antireflective silicon oxynitride (SiON) film on a surface of a semiconductor substrate and more particularly such an antireflective film which is non-polluting vis-à-vis resins photoresist, and more specifically photoresist resins for far ultraviolet or chemically amplified, used during the manufacturing process of semiconductor devices such as integrated circuits.
  • SiON silicon oxynitride
  • the present invention therefore relates to a method of forming on a semiconductor substrate an antireflective film of non-polluting silicon oxynitride vis-à-vis photoresist resins, in particular for photolithography in far UV and which avoids the contamination of antireflective deposits of silicon oxynitride formed in the same reactor on successively introduced substrates.
  • the method for forming on each of a series of silicon semiconductor substrates successively introduced into the same chamber of a reactor, an anti-reflective film of silicon oxynitride, non-polluting with respect to screw photoresist resins for far UV comprises a step of plasma assisted chemical vapor deposition (PECVD) of an antireflective film of silicon oxynitride and the treatment of the antireflective film with an oxygen plasma, said method being characterized by the fact that before the successive introduction of each of the substrates, the reactor chamber is cleaned by: a) a step of purging the reactor chamber using an oxygen-free gas plasma; then b) a step of blank deposition of silicon oxynitride by chemical vapor deposition assisted by plasma from precursor gases.
  • PECVD plasma assisted chemical vapor deposition
  • the gas used is a fluorinated gas such as CF 4 , C 2 F 6 , NF 3 and SF 6 , preferably CF 4 .
  • the conditions for producing the plasma are moreover conventional.
  • the duration of this purge step (a) is generally from 10 to 60 seconds.
  • This purging step is essential, since it makes it possible to consume almost all of the residual oxygen in the chamber following the treatment of a previous substrate.
  • Step (b) of blank deposition of silicon oxynitride is carried out under the same conditions as the conventional deposition of the anti-reflective film of SiON.
  • N 2 0 and SiH 4 with the appropriate flow rates, and a high frequency generator operating for example at 380 kHz.
  • the duration of the blank deposit is generally of the order of 1 to 60 seconds.
  • This blank deposition step makes it possible to fix the particles remaining in the chamber on the walls of the reactor chamber.
  • the deposition of the anti-reflective SiON film takes place under the same conditions and its duration is determined so as to obtain a layer of desired thickness, generally of the order of 15 to 30 nm.
  • the oxygen plasma treatment is conventional.
  • the same HF generator as before can be used to create the oxygen plasma.
  • the duration of treatment can vary from a few seconds to 1 minute or more, but is generally from 10 to 60 seconds and also depends on the power of the HF generator.
  • the effect of oxygen plasma on the SiON film was measured using a spectroscopic ellipsometer and by measuring the etching rate in hydrofluoric and orthophosphoric acid baths.
  • the SiON film treated with oxygen plasma can be eliminated by successive soaking in a dilute HF solution (approximately 30 s) and soaking in an H 3 P0 4 solution.
  • This withdrawal is selective with respect to the gate oxide and is integrated with respect to the active zone.
  • the device can then be cleaned in the conventional way using a SCI solution (H 2 0 2 / NH 4 OH), rinsing with deionized water and drying before re-oxidizing the grid (approximately 10 minutes) and at the spacers depot.
  • a SCI solution H 2 0 2 / NH 4 OH

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Abstract

Le procédé selon l'invention comprend, avant l'introduction du substrat de silicium dans la chambre du réacteur et le dépôt sur le substrat par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma du film de SiON et le traitement du film déposé pour un plasma d'oxygène, un nettoyage de la chambre du réacteur comportant une étape de purge de la chambre au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène suivie d'une étape de dépôt à blanc de SiON par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma. Application à la fabrication de dispositifs semi-conducteurs.

Description

PROCEDE DE FORMATION D'UN FILM ANTIREFLECHISSANT SiON, NON-POLLUANT VIS-À-VIS DES RÉSINES PHOTORÉSISTANTES POUR
UV LOINTAIN
La présente invention concerne de manière générale un procédé de formation sur une surface d'un substrat semiconducteur d'un film d'oxynitrure de silicium (SiON) antiréfléchissant et plus particulièrement un tel film antiréfléchissant qui soit non polluant vis- à-vis des résines photorésistantes, et plus précisément les résines photorésistantes pour ultraviolet lointain ou à amplification chimique, utilisées au cours du processus de fabrication de dispositifs semiconducteurs tels que des circuits intégrés.
L'évolution continuelle de l'industrie des semi-conducteurs vers la fabrication de circuits intégrés de géométrie toujours décroissante a conduit à un accroissement des problèmes liés à la formation des masques photorésistants pour la photolithogravure des circuits.
Des réflexions parasites dues aux matériaux sous-jacents entraînent une distorsion des motifs photorésistants obtenus.
Ce problème est aggravé dans le cas des technologies inférieures à 0,25μm où on utilise pour la photolithogravure des rayonnements UV lointain (longueur d'onde de 248nm ou moins) et des résines pour UV lointain ou à amplification chimique (résine DUV). Pour remédier à ce problème de réflexions parasites, on a interposé un film antiréfléchissant entre la surface du substrat à photolithographier et la couche de résine photorésistante.
Divers matériaux, tels que Si3N , l'oxynitrure de silicium, ont été proposés pour réaliser ces films antiréfléchissants. Malheureusement, lorsqu'on réalise une photolithographie en UV lointain à l'aide d'une résine pour UV lointain ou à amplification chimique sur un film antiréfléchissant, par exemple en oxynitrure de silicium, on voit apparaître un "pied" à l'interface entre la résine et le film d'oxynitrure de silicium dû à une interaction entre l'azote contenue dans le film et la résine. L'apparition de ce "pied" nuit à l'étape suivante de gravure et au réglage dimensionnel du motif gravé. Pour pallier cet inconvénient, on a proposé de former sur le film antiréfléchissant . d'oxynitrure de silicium une mince couche d'oxyde de silicium au moyen d'un plasma d'oxygène. La couche d'oxyde de silicium doit être aussi mince que possible pour ne pas dégrader les propriétés optiques du film antiréfléchissant et en faciliter le retrait lors des étapes de photolithogravures ultérieures.
D'autre part, la réalisation du plasma d'oxygène in situ (c'est- à-dire dans la même chambre de réacteur que celle dans laquelle on a effectué le dépôt du film antiréfléchissant de SiON) entraîne la formation de particules sur les substrats suivants introduits dans la chambre du réacteur. Cette contamination des substrats nuit à la qualité des dispositifs semi-conducteurs réalisés. La présente invention a donc pour objet un procédé de formation sur un substrat semi-conducteur d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium non polluant vis-à-vis des résines photorésistantes, en particulier pour la photolithogravure en UV lointain et qui évite la contamination de dépôts antiréfléchissants d'oxynitrure de silicium formés dans le même réacteur sur des substrats introduits successivement.
Selon l'invention, le procédé de formation sur chacun d'une série de substrats semi-conducteurs en silicium introduits successivement dans une même chambre d'un réacteur, d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium, non polluant vis-à-vis des résines photorésistantes pour UV lointain comprend une étape de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium et le traitement du film antiréfléchissant par un plasma d'oxygène, ledit procédé étant caractérisé par le fait qu'avant l'introduction successive de chacun des substrats, la chambre du réacteur est nettoyée par : a) une étape de purge de la chambre du réacteur au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène ; puis b) une étape de dépôt à blanc d'oxynitrure de silicium par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma à partir de gaz précurseurs.
Dans l'étape de purge (a), au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène, le gaz utilisé est un gaz fluoré tel que CF4, C2F6, NF3 et SF6, de préférence CF4. Les conditions de réalisation du plasma sont par ailleurs classiques.
La durée de cette étape de purge (a) est généralement de 10 à 60 secondes.
Cette étape de purge est essentielle, car elle permet de consommer la quasi-totalité de l'oxygène résiduel dans la chambre suite au traitement d'un substrat précédent.
L'étape (b) de dépôt à blanc d'oxynitrure de silicium se fait dans les mêmes conditions que le dépôt classique du film antiréfléchissant de SiON.
Ainsi, pour réaliser le dépôt PECVD à blanc de SiON, on peut utiliser comme gaz précurseurs, N20 et SiH4 avec les débits appropriés, et un générateur haute fréquence fonctionnant par exemple à 380 kHz. La durée du dépôt à blanc est généralement de l'ordre de 1 à 60 secondes.
Cette étape de dépôt à blanc permet de fixer les particules restantes dans la chambre sur les parois de la chambre du réacteur.
Le dépôt du film de SiON antiréfléchissant s'effectue dans les mêmes conditions et sa durée est déterminée de manière à obtenir une couche d'épaisseur voulue, généralement de l'ordre de 15 à 30 nm. Le traitement par plasma d'oxygène est classique. On peut utiliser pour créer le plasma d'oxygène, le même générateur HF que précédemment. La durée de traitement peut varier de quelques secondes à 1 minute ou plus, mais est généralement de 10 à 60 secondes et dépend également de la puissance du générateur HF. Ainsi, on peut utiliser un débit d'oxygène de 1000 cm3 standard / minute, une puissance HF de 500 W à 1000 W et une durée de traitement de 10 à 60 secondes pour modifier le film de SiON sur une profondeur de 3 à 4 nm.
L'effet du plasma d'oxygène sur le film de SiON a été mesuré à l'aide d'un ellipsomètre spectroscopique et en mesurant la vitesse de gravure dans des bains d'acide fluorhydrique et orthophosphorique.
Ces mesures ont confirmé la présence d'une couche d'oxyde de silicium de quelques nanomètres. Cette couche d'oxyde de silicium est suffisante pour empêcher toute interaction entre l'azote du film SiON antiréfléchissant et la résine DUV. Une fois le film de SiON antiréfléchissant déposé selon le procédé de l'invention, la suite du processus de fabrication du dispositif semi-conducteur s'effectue de manière classique.
Toutefois, il est préférable d'éliminer le film de SiON avant l'étape de dépôt des espaceurs, car avant cette étape de dépôt des espaceurs, on procède généralement à une réoxydation classique de la grille, étape qui transformerait le film de SiON en film de SiOχN qui est difficilement éliminable.
A titre d'exemple, on peut éliminer le film de SiON traité par plasma d'oxygène par trempage successif dans une solution de HF diluée (30s environ) et trempage dans une solution de H3P04
(2 minutes environ).
Ce retrait est sélectif vis-à-vis de l'oxyde de grille et est intégré vis-à-vis de la zone active.
Le dispositif peut alors être nettoyé de manière classique au moyen d'une solution SCI (H202 / NH4OH), rinçage à l'eau déionisée et séchage avant de procéder à une réoxydation de la grille (10 mn environ) et au dépôt des espaceurs.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de formation sur chacun d'une série de substrats semi-conducteurs en silicium introduits successivement dans une même chambre d'un réacteur, d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium, non-polluant vis-à-vis des résines photorésistantes pour ultra-violet lointain (résine DUV), comprenant une étape dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) d'un film antiréfléchissant d'oxynitrure de silicium et le traitement du film antiréfléchissant par un plasma d'oxygène, caractérisé en ce que avant l'introduction successive de chacun des substrats, la chambre du réacteur est nettoyée par : a) une étape de purge de la chambre du réacteur au moyen d'un plasma gazeux exempt d'oxygène ; puis b) une étape de dépôt à blanc d'oxynitrure de silicium par dépôt chimique en phase vapeur assistée par plasma à partir de gaz précurseurs.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le plasma gazeux exempt d'oxygène est un plasma d'un gaz fluoré.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz fluoré est choisi parmi CF4, C2F6, NF3 et SF6.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de purge (a) dure de 10 à 60 secondes.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans l'étape (b) de dépôt à blanc, les gaz précurseurs sont N20 et SiH4.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (b) de dépôt à blanc dure de 1 à
60 secondes.
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