WO2002029879A1 - Verfahren zum ätzen von organischen antireflexionsschichten - Google Patents

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WO2002029879A1
WO2002029879A1 PCT/EP2001/011072 EP0111072W WO0229879A1 WO 2002029879 A1 WO2002029879 A1 WO 2002029879A1 EP 0111072 W EP0111072 W EP 0111072W WO 0229879 A1 WO0229879 A1 WO 0229879A1
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layer
etching
plasma
substrate
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PCT/EP2001/011072
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Lothar Brencher
Rene Tews
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Infineon Technologies Ag
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31127—Etching organic layers
    • H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
    • H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/42—Stripping or agents therefor
    • G03F7/427—Stripping or agents therefor using plasma means only

Definitions

  • the invention relates to a method for etching organic anti-reflection layers.
  • Photolithographic processes for producing integrated circuits on a semiconductor substrate play a central role in semiconductor technology.
  • a radiation-sensitive resist layer is applied to the surface of the layer of a substrate to be structured and is irradiated with suitable radiation in selected areas. Then either only the irradiated or unirradiated area of the photoresist layer is removed from the substrate by a suitable developer.
  • the pattern thus created in the photoresist layer corresponds to the pattern that is used in a further process step, e.g. an etching or an ion implantation, into the one to be structured, which lies under the photoresist layer
  • Substrate layer is to be transferred.
  • the developed photoresist layer thus serves as a mask that prevents material removal in the areas of the substrate layer covered by it.
  • the photoresist mask is removed, which therefore does not become part of the integrated circuit.
  • DUV photolithography is becoming increasingly important due to the ever increasing integration density of the circuits.
  • DUN stands for "deep ultraviolet", ie ultraviolet radiation with a wavelength of less than approx. 350 nanometers.
  • the wavelength of the light used to irradiate the photoresist layer directly determines the minimum size of a structure that can still be resolved in the photoresist layer.
  • the shorter the wavelength of the light used for the radiation the finer the structure of the photoresist can be structured. This in turn has an influence on the critical dimensions (CD, critical dimension) that can be achieved in the subsequent structuring step in the substrate.
  • critical dimension means the smallest structure to be etched.
  • interference effects can occur due to reflection and scattering of the incident light on the surface of the substrate or within the photoresist layer itself. These interference effects have a disadvantageous effect on the accuracy with which the intended pattern can be produced in the photoresist layer.
  • anti-reflection layers ARC, anfci reflectcive coating
  • These layers are applied between the substrate layer to be structured and the photoresist layer and thereby reduce the disadvantageous interference effects by weakening the reflection of the incident light.
  • the use of antireflection layers reduces the reflection at steps that may be present in the substrate and thus largely suppresses exposure of the photoresist in undesired areas.
  • etching methods such as reactive ion etching (RIE, reactive ion etching) or similar ion-assisted etching methods are used.
  • RIE reactive ion etching
  • N 2 / ⁇ 2 mixtures are frequently used as plasma gases.
  • U.S. Patent 5,910,453 describes the use of a magnetically assisted reactive ion etching (MERIE), in which an N 2/0 2 / noble gas mixture is used as plasma gas.
  • MERIE magnetically assisted reactive ion etching
  • Substrate material e.g. Silicon oxide or nitride.
  • CD critical dimension
  • fluorocarbons in the etching gases achieve better transfer accuracy of the structure specified by the photoresist mask into the substrate, these methods have only a very low selectivity to the substrate.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for etching organic anti-reflection layers which reduces or completely avoids the disadvantages described above.
  • a method for etching organic antireflection layers which comprises the following steps: a substrate is provided, on which an organic antireflection layer is applied at least in partial areas; the
  • the antireflection layer is exposed to a plasma at least in some areas, the plasma being generated from a gas mixture comprising a molecular oxygen source, chlorine Cl 2 and / or hydrogen bromide HBr and / or sulfur dioxide S0 2 .
  • the term “substrate” is understood to mean both a single material layer and a body comprising a sequence of a plurality of structured and / or unstructured material layers.
  • the substrate can in particular comprise layers of polysilicon, silicon oxide and / or silicon nitride
  • the substrate also includes a silicon wafer, ie a substrate in the narrower sense.
  • molecular oxygen source includes in
  • the gas mixture from which the plasma is generated additionally comprises an inert gas, preferably argon or helium, the use of helium being particularly preferred is preferred.
  • the process gases are diluted in the plasma by the noble gas, as a result of which a higher uniformity of the etching rate is achieved over the entire area of the substrate to be etched.
  • the noble gas can be used to set the electron temperature in the plasma and thus additionally influence the generation and excitation of the caustic species.
  • the choice of these gas mixtures for generating the etching plasma achieves a high transfer accuracy of the lithography structures on the substrate and a high selectivity to the substrate.
  • a significantly increased selectivity between the organic antireflection layer and the substrate is achieved.
  • a selectivity of the etching process compared to a silicon oxide layer of typically 15: 1 can be achieved.
  • the plasma is generated from a gas mixture of oxygen and sulfur dioxide and optionally helium, selectivity with respect to a silicon oxide layer of typically 100: 1 can be achieved with the method according to the invention.
  • the transfer accuracy of the lithography structure into the antireflection layer is significantly improved, and thus smaller critical dimensions can be realized.
  • the improved transmission accuracy is due to the fact that the chlorine, hydrogen bromide and sulfur dioxide react with the species are provided in the plasma, which can react with the components of the organic antireflection layers during the etching to form new polymeric materials. It is believed that these new polymeric materials are more resistant to the etching attack by the plasma and are deposited on the flanks of the photoresist. These are thus substantially protected from etching removal by side wall passivation. This effect is particularly pronounced when using chlorine in the process gas.
  • the improved selectivity of the process is attributed to the avoidance of fluorine-containing compounds.
  • sulfur dioxide in the process gas
  • a particularly increased selectivity of the etching process can be determined.
  • Gas mixtures in which chlorine or sulfur dioxide or hydrogen bromide are used in addition to oxygen can be used in the processes according to the invention.
  • the gases can also be used in addition to oxygen, or combinations of these gases.
  • the use of either chlorine or sulfur dioxide or hydrogen bromide is preferred.
  • the gas mixture from which the plasma is generated is a 0 2 by mixing at least - gas stream and a Cl 2 gas stream provided, the 0 2 gas stream has a gas flow rate of 10 to 100 sccm and the Cl 2 gas stream has a gas flow rate of 10 to 100 sccm.
  • the gas mixture from which the plasma is generated is a 0 2 by mixing at least - provided gas stream and a S0 2 gas stream, wherein the 0 2 gas stream has a gas flow rate of 10 to 200 sccm and the S0 2 gas stream has a gas flow rate of 10 to 200 sccm.
  • the gas mixture from which the plasma is generated is additionally mixed with helium gas with a gas flow rate of 10 to 150 sccm.
  • RIE reactive ion etching
  • MDP medium-density plasma
  • HDP high-density plasma
  • LAM TCP low-density plasma
  • the plasma etching preferably reactive ion etching
  • MERIE magnetically supported
  • other chemical-physical dry etching techniques can also be used. These are also known to the person skilled in the art and can e.g. anodically coupled plasma etching in the parallel plate reactor or triode reactive ion etching (TRIE)
  • the organic antireflection layer to be etched is applied between a structured photoresist layer and the substrate, the organic antireflection layer being covered by the structured photoresist layer only in partial areas.
  • structured photoresist layer is understood to mean a photoresist layer which can be applied by means of suitable irradiation, for example with DUN radiation - and subsequent development was structured. This means that the antireflection layer lying under the structured photoresist layer is not covered by the photoresist layer in selected areas and can be etched and removed there by the plasma.
  • the “structured photoresist layer” thus serves as a mask.
  • the photoresist layer comprises a DUV photoresist. This enables the structuring of the photoresist by means of DUN radiation.
  • FIG. 1-5 show a method for structuring a silicon oxide layer, comprising the method according to the invention for etching an organic anti-reflection layer, and
  • Photolithography process for structuring a silicon oxide layer which forms part of an overall process for producing an integrated circuit.
  • a substrate 10 is provided that has an upper layer 14 to be structured, which is applied over a base layer 12.
  • An anti-reflection layer 16 is applied to the layer 14 to be structured, which in turn is overlaid by the photoresist layer 18 (Fig. 1).
  • the base layer 12 can consist of a sequence of a plurality of structured and / or unstructured layers, or also only of a silicon wafer, i.e. a substrate in the real sense.
  • the upper layer 14 to be structured can e.g. consist of polysilicon, silicon oxide or nitride.
  • a positive resist layer or a negative resist layer can be used as the photoresist layer 18.
  • a positive resist layer With a positive resist layer, the exposed areas, with a negative resist layer, the unexposed areas of the photoresist are removed during development.
  • the use of a positive resist layer is shown, i.e. the areas of the photoresist layer 18 removed in the development step were previously exposed.
  • the anti-reflection layer 16 Layers of organic long-chain or polymeric materials are used as the anti-reflection layer 16.
  • the exact nature of the antireflection layers is not of critical importance for the method according to the invention.
  • Antireflection layers for example, which are commercially available from Brewster under the name DUV30, are suitable. However, other layer materials can also be used.
  • the photoresist layer 18 is exposed to DUV radiation and developed, as a result of which the photoresist mask 18 ′ structured according to the exposure remains (FIG. 2).
  • the antireflection layer 16 is now exposed in the areas in which the photoresist has been removed. This is removed by the etching method according to the invention in the exposed areas and remains in the covered areas 16 'on the layer 14 to be structured (FIG. 3).
  • the layer 14 to be structured is removed by a subsequent etching process the photoresist mask contains predetermined structure. Any etching method that is suitable for the selected material of layer 14 can be considered as an etching method for this process step. Finally, the photoresist mask 18 'and the remaining regions of the anti-reflection layer 16' are then removed from the substrate 10, which now has the structured upper layer 14 '(FIG. 5).
  • Photoresist masks applied A layer of DUV30 from BREWSTER was used as the anti-reflection layer. After the plasma etching of the antireflection layer, the silicon oxide layer lying under the photoresist mask and antireflection layer was structured in each example by means of conventional plasma etching methods.
  • the plasma etching processes were carried out in standard MD etching systems such as AMAT MxP, or standard HDP etching systems such as LAM TCP performed.
  • Example 1 In this embodiment, the organic compound
  • Antireflection layer etched by means of a plasma which was generated from a gas mixture of oxygen, chlorine and helium.
  • Antireflection layer etched using a plasma that was generated from a gas mixture of oxygen and sulfur dioxide.
  • Top RF power 200 to 500 W
  • Bottom RF power 13.56 MHz
  • Gas flow rates 10 to 200 sccm S0 2 10 to 200 sccm 0 2
  • FIG. 6, 6 the critical dimensions (CD) of contact holes that have been etched in a silicon oxide layer of a metallization level are plotted as a function of their position of the etched structure on the wafer.
  • the upper width of the etched contact holes is plotted against their position on the wafer; in the lower graph, the corresponding lower width of the contact holes is plotted against their position on the wafer.
  • contact holes 20 at various positions on the wafer were measured. After the etching of the organic anti-reflection layers, these contact holes were etched into the underlying silicon oxide layer using standard methods.
  • Transfer accuracy of the lithography structure into a layer to be structured e.g. Silicon oxide.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Ätzen organischer Antireflexionsschichten, das die folgenden Schritte umfaßt: ein Substrat wird bereitgestellt, auf dem zumindest in Teilbereichen eine organische Antireflexionsschicht aufgebracht ist; die Antireflexionsschicht wird zumindest in Teilbereichen einem Plasma ausgesetzt, wobei das Plasma aus einem Gasgemisch umfassend eine molekulare Sauerstoffquelle, Chlor Cl2 und/oder Bromwasserstoff HBr und/oder Schwefeldioxid SO2, erzeugt wird. Durch die Wahl dieser Gasgemische zur Erzeugung des ätzenden Plasmas wird eine hohe Übertragungsgenauigkeit der Lithographie-Strukturen auf das Substrat bei gleichzeitiger hoher Selektivität zum Substrat erreicht.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Ätzen von organischen Antireflexionsschichten.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen organischer Antireflexionsschichten.
In der Halbleitertechnologie spielen photolithographische Verfahren zur Erzeugung integrierter Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat eine zentrale Rolle. Dabei wird eine strahlungsempfindliche Resistschicht auf der Oberfläche der zu strukturierenden Schicht eines Substrats aufgebracht und in ausgesuchten Bereichen mit geeigneter Strahlung bestrahlt . Anschließend werden entweder nur der bestrahlte oder unbestrahlte Bereich der Photoresistschicht durch einen geeigneten Entwickler von dem Substrat entfernt. Dabei entspricht das so in der Photoresistschicht erzeugte Muster dem Muster, das in einem weiteren Prozessschritt, z.B. einer Ätzung oder einer Ionenimplantation, in die unter der Photoresistschicht liegende, zu strukturierende
Substratschicht übertragen werden soll. In diesem anschließenden Prozessschritt dient die entwickelte Photoresistschicht somit als Maske, die einen Materialabtrag in den durch sie abgedeckten Bereichen der Substratschicht verhindert. Nach dem strukturierenden Prozessschritt wird die Photoresistmaske wieder entfernt, die somit nicht Bestandteil der integrierten Schaltung wird.
Von den verschiedenen bekannten Photolithographieverfahren gewinnt die DUV-Photolithographie aufgrund der immer höher werdenden Integrationsdichte der Schaltungen zunehmend an Bedeutung. Dabei steht DUN für „deep ultraviolett", also Ultraviolettstrahlung mit einer Wellenlänge von kleiner ca. 350 Nanometer. Die Wellenlänge des zur Bestrahlung der Photoresistschicht verwendeten Lichtes bestimmt unmittelbar die minimale Größe einer Struktur, die in der Photoresistschicht noch aufgelöst werden kann. Je kurzwelliger das zur Bestrahlung eingesetzte Licht ist, um so feiner kann die Photoresistmaske strukturiert werden. Dies hat wiederum einen Einfluß auf die kritischen Dimensionen (CD, critical dimension) , die in dem sich anschließenden Strukturierungsschritt im Substrat erreicht werden können. Unter dem Begriff "kritische Dimension" sind hier die kleinste noch zu ätzende Struktur zu verstehen. Bei der Bestrahlung der Photoresistschicht kann es durch Reflexion und Streuung des eingestrahlten Lichts an der Oberfläche des Substrats oder innerhalb der Photoresistschicht selbst zu Interferenzeffekten kommen. Diese Interferenzeffekte wirken sich nachteilig auf die Genauigkeit aus, mit der das vorgesehene Muster in der Photoresistschicht erzeugt werden kann. Um diese Effekte zu verringern, werden in Photolithographieverfahren regelmäßig Antireflexionsschichten (ARC, anfci reflectϊve coating) eingesetzt. Diese Schichten werden zwischen die zu strukturierende Substratschicht und die Photoresistschicht aufgebracht und verringern dadurch, dass sie die Reflexion des eingestrahlten Lichtes schwächen, die nachteiligen Interferenzeffekte. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von Antireflexionsschichten die Reflexion an eventuell im Substrat vorhandenen Stufen verringert und somit eine Belichtung des Photoresists in unerwünschten Bereichen weitgehend unterdrückt. Als Materialien für Antireflexionsschichten kommen dabei meist langkettige oder polymere organische Materialien zum Einsatz, die regelmäßig mittels Schleuderbeschichtung auf das Substrat aufgebracht werden. Die Verwendung von organischen Antireflexionsschichten bedingt jedoch, dass diese in den Bereichen, in denen die Photoresistschicht beim Entwickeln entfernt wurde, ebenfalls entfernt werden muß, um so die Strukturierung des Substrats in einem anschließenden Prozeßschritt zu ermöglichen. Dies geschieht in der Regel durch Plasmaätzen. An diesen vorgelagerten Prozessschritt sind hohe Anforderungen zu stellen, da - ebenfalls bedingt durch die immer höher werdende Integrationsdichte in den Schaltungen - auch die Übertragungsgenauigkeit der durch die Photoresistmaske vorgegebenen Strukturen in das Substrat möglichst hoch sein sollte. Der zur Entfernung einer Antireflexionsschicht eingesetzte Plasmaätzprozess sollte somit die Photoresistmaske und deren Flanken möglichst nicht angreifen und eine möglichst hohe Selektivität zwischen dem ARC-
Material und dem Substrat aufweisen. Bei einer nur geringen Selektivität des Ätzprozesses können sonst Schwankungen in der Dicke der aufgetragenen Antireflexionsschicht zu einem unterschiedlich starken Abtrag in der darunterliegenden SubstratSchicht führen. Dies ist besonders wichtig, wenn die Einstellung der Ätztiefe das Plasmaätzprozesses lediglich über die Ätzzeit erfolgt, was regelmäßig der Fall ist, wenn keine Ätzstopschicht verwendet werden kann.
Um eine organische Antireflexionsschicht vor dem eigentlichen Strukturierungsschritt von dem Substrat zu entfernen, kommen im wesentlichen Plasmaätzverfahren wie z.B. reaktives Ionenätzen (RIE, reactive ion etching) oder ähnliche ionenunterstützte Ätzverfahren zum Einsatz. Als Plasmagase werden dabei häufig N2/θ2-Gemische verwendet. US- Patent 5,910,453 beschreibt zum Beispiel die Verwendung eines magnetisch unterstützten reaktiven Ionenätzverfahrens (MERIE) , in dem ein N2/02/Edelgas-Gasgemisch als Plasmagas dient. Darüber hinaus ist es bekannt, Fluorkohlenwasserstoffe (CXHYFZ) mit und ohne Anteilen an Sauerstoff oder Edelgasen als Gasgemische beim Plasmaätzen einzusetzten.
Im allgemeinen weisen die RIE-Verfahren, in denen N2/02- Gasgemische zum Ätzen der Antireflexionsschichten verwendet werden, eine sehr hohe Selektivität bezüglich des
Substratmaterials, z.B. Siliziumoxid oder -nitrid, auf. Allerdings wird bei diesen Verfahren gleichzeitig die Photoresistmaske angegriffen und erodiert, wodurch die erreichbare kritische Dimension (CD) vergrößert wird. Im Gegensatz dazu wird bei der Verwendung von
Fluorkohlenwasseren in den Ätzgasen zwar eine bessere Übertragungsgenauigkeit der durch die Photoresistmaske vorgegebenen Struktur in das Substrat erreicht, allerdings weisen diese Verfahren eine nur sehr geringe Selektivität zum Substrat auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ätzen organischer Antireflexionsschichten bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile verringert bzw. ganz vermeidet.
Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ätzverfahren bereitzustellen, das eine hohe Übertragungsgenauigkeit der Lithographie-Strukturen auf das Substrat mit einer hohen Selektivität zum Substrat verbindet .
Diese Aufgabe wird von dem Verfahren zum Ätzen organischeR Antireflektionschichten gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Ätzen organischer Antireflexionsschichten bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfaßt: ein Substrat wird bereitgestellt, auf dem zumindest in Teilbereichen eine organische Antireflexionsschicht aufgebracht ist; die
Antireflexionsschicht wird zumindest in Teilbereichen einem Plasma ausgesetzt, wobei das Plasma aus einem Gasgemisch umfassend eine molekulare Sauerstoffquelle, Chlor Cl2 und/oder Bromwasserstoff HBr und/oder Schwefeldioxid S02, erzeugt wird.
Unter dem Begriff „Substrat" wird im Rahmen dieser Erfindung sowohl eine einzige Materialschicht als auch ein Körper umfassend eine Folge von mehreren strukturierten und/oder unstrukturierten Materialschichten verstanden. Das Substrat kann insbesondere Schichten aus Polysilizium, Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid umfassen. Unter dem Begriff Substrat fällt aber auch ein Siliziumwafer, d.h. ein Substrat im engeren Sinn. Unter dem Begriff „molekulare Sauerstoffquelle" sind im
Rahmen dieser Erfindung gasförmige Verbindungen zu verstehen, durch die im Plasma Sauerstoffspezies wie z.B. 02 + oder 0+ generiert werden, die als Ätzspezies fungieren. Bevorzugt werden für das erfindungsgemäße Verfahren molekularer Sauerstoff 02, Stickstoffmonoxid NO, Stickstoffdioxid N02,
Kohlenmonoxid CO, und/oder Kohlendioxid C02 eingesetzt, wobei die Verwendung von molekularem Sauerstoff besonders bevorzugt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt das Gasgemisch, aus dem das Plasma erzeugt wird, zusätzlich ein Edelgas, vorzugsweise Argon oder Helium, wobei die Verwendung von Helium besonders bevorzugt ist. Durch das Edelgas werden die Prozessgase in dem Plasma verdünnt, wodurch eine höhere Uniformität der Ätzrate über den gesamten Bereich des zu ätzenden Substats erreicht wird. Zusätzlich kann über das Edelgas die Elektronentemperatur in dem Plasma eingestellt werden und somit zusätzlich Einfluß auf die Erzeugung und Anregung der ätzenden Spezies genommen werden.
Durch die Wahl dieser Gasgemische zur Erzeugung des ätzenden Plasmas wird eine hohe Übertragungsgenauigkeit der Lithographie-Strukturen auf das Substrat und eine hohe Selektivität zum Substrat erreicht . Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, die Fluorkohlenwasserstoffe (CXHYFZ) im Plasma verwenden, wird eine wesentlich gesteigerte Selektivität zwischen der organischen Antireflexionschicht und dem Substrat erreicht. So kann z.B. beim Einsatz eines Gasgemisches aus Sauerstoff, Chlor und Helium eine Selektivität des Ätzprozesses gegenüber einer Siliziumoxidschicht von typischerweise 15:1 erreicht werden. Wird hingegen das Plasma aus einem Gasgemisch aus Sauerstoff und Schwefeldioxid und optional Helium erzeugt, so kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Selektivität gegenüber einer Siliziumoxidschicht von typischerweise 100:1 erreicht werden. Gegenüber den Verfahren, bei denen N2/θ2-Gasgemische als Plasmagas verwendet werden, ist die Übertragungsgenauigkeit der Lithographie-Struktur in die Antireflexionsschicht wesentlich verbessert und somit kleinere kritische Dimensionen realisierbar. Ohne an die folgende Theorie gebunden sein zu wollen, wird vermutet, dass die verbesserte Übertragungsgenauigkeit darauf zurückzuführen ist, dass durch das Chlor, Bromwasserstoff und durch das Schwefeldioxid reaktive Spezies in dem Plasma bereitgestellt werden, die mit den Komponenten der organischen Antireflexionsschichten bei der Ätzung zu neuen polymeren Materialien reagieren können. Es wird vermutet, dass diese neuen polymeren Materialien resistenter gegenüber dem Ätzangriff durch das Plasma sind und sich auf den Flanken des Photoresists ablagern. Diese werden somit durch eine Seitenwandpassivierung wesentlich vor einem Ätzabtrag geschützt. Dieser Effekt ist bei der Verwendung von Chlor in dem Prozeßgas besonders ausgeprägt. Die verbesserte Selektivität des Verfahrens wird auf die Vermeidung von fluorhaltigen Verbindungen zurückgeführt. Bei der Verwendung von Schwefeldioxid im Prozessgas ist eine besonders gesteigerte Selektivität des Ätzverfahrens festzustellen. In den erfindungsgemäßen Verfahren können Gasgemische verwendet werden, in denen neben Sauerstoff Chlor oder Schwefeldioxid oder Bromwasserstoff zum Einsatz kommt. Die Gase können aber auch gleichzeitig neben Sauerstoff verwendet, oder Kombinationen einzelner dieser Gase. Die Verwendung von entweder Chlor oder Schwefeldioxid oder Bromwasserstoff ist aber bevorzugt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gasgemisch, aus dem das Plasma erzeugt wird, durch Mischen zumindest eines 02- Gasstroms und eines Cl2-Gasstroms bereitgestellt, wobei der 02-Gasstrom eine Gasflußrate von 10 bis 100 sccm aufweist und der Cl2-Gasstrom eine Gasflußrate von 10 bis 100 sccm aufweist .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gasgemisch, aus dem das Plasma erzeugt wird, durch Mischen zumindest eines 02- Gasstroms und eines S02-Gasstroms bereitgestellt, wobei der 02-Gasstrom eine Gasflußrate von 10 bis 200 sccm aufweist und der S02-Gasstrom eine Gasflußrate von 10 bis 200 sccm aufweist .
Besonders bevorzugt ist es, daß dem Gasgemisch, aus dem das Plasma erzeugt wird, zusätzlich Heliumgas mit einer Gasflußrate von 10 bis 150 sccm beigemischt wird.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kommt vorzugsweise reaktives Ionenätzen (RIE) als Plasmaätztechnik zum Einsatz. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei in Standard-MDP- (medium-density-plasma) bzw. HDP [high- density -plasma) - Ätzanlagen wie z.B. AMAT MxP bzw. LAM TCP durchgeführt werden. Wenn als Prozessgas ein Gemisch aus Sauerstoff, Schwefeldioxid und optional Helium zum Einsatz kommt, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise in Standard HDP- Ätzanlagenwie z.B. LAM TCP durchgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Plasmaätzen, vorzugsweise reaktives Ionenätzen, magnetisch unterstützt (MERIE) . Darüber hinaus können aber auch andere chemisch-physikalische Trockenätztechniken zum Einsatz kommen. Diese sind dem Fachmann ebenfalls bekannt und können z.B. anodisch gekoppeltes Plasmaätzen im Parallelplattenreaktor oder Trioden reaktives Ionenätzen (TRIE) sein
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zu ätzende organische Antireflexionsschicht zwischen einer strukturierten Photoresistschicht und dem Substrat aufgebracht, wobei die organische Antireflexionsschicht nur in Teilbereichen durch die strukturierte Photoresistschicht abgedeckt wird.
Unter dem Begriff „strukturierte Photoresistschicht" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Photoresistschicht zu verstehen, die mittels geeigneter Bestrahlung - z.B. mit DUN-Strahlung - und anschließender Entwicklung strukturiert wurde. D.h., dass die unter der strukturierten Photoresistschicht liegende Antireflexionsschicht in ausgewählten Bereichen nicht durch die Photoresistschicht abgedeckt wird und dort durch das Plasma geätzt und entfernt werden kann. Die „strukturierte Photoresistschicht" dient somit als Maske.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Photoresistschicht einen DUV-Photoresist. Dies ermöglicht die Strukturierung des Photoresists mittels DUN-Bestrahlung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 - 5 ein Verfahren zum Strukturieren einer Siliziumoxidschicht, umfassend das erfindungsgemäße Verfahren zum Ätzen einer organischen Antireflexionsschicht, und
Fig. 6 Messungen der kritischen Dimensionen von Kontaktlöchern in einer strukturierten Siliziumoxidschicht in Abhängigkeit von deren Position auf dem Wafer.
Fig. 1 - 5 zeigen Prozessschritte eines DUN-
Photolitographieverfahrens zur Strukturierung einer Siliziumoxidschicht, das Teil eines Gesamtprozesses zur Herstellung einer integrierten Schaltung bildet .
Zunächst wird ein Substrat 10 bereitgestellt, dass eine obere, zu strukturierende Schicht 14 aufweist, die über einer Grundschicht 12 aufgebracht ist. Auf der zu strukturierenden Schicht 14 ist ein eine Antireflexionsschicht 16 aufgebracht, die wiederum von der Photoresistschicht 18 überlagert ist ( Fig . 1 ) .
Die Grundschicht 12 kann aus einer Folge mehrerer strukturierter und/oder unstrukturierter Schichten bestehen, oder auch nur aus einem Siliziumwafer, d.h. einem Substrat im eigentlichen Sinn. Die obere, zu strukturierende Schicht 14 kann z.B. aus Polysilizium, Siliziumoxid oder -nitrid bestehen.
Als Photoresistschicht 18 kann eine Positivresist- schicht oder eine NegativresistSchicht verwendet werden. Bei einer Positivresistschicht werden die belichteten, bei einer Negativresistschicht werden die unbelichteten Bereiche des Photoresists beim Entwickeln entfernt. Im vorliegenden Fall wird die Verwendung einer Positivresistschicht gezeigt, d.h. die im Entwicklungsschritt entfernten Bereiche der Photoresistschicht 18 wurden vorher belichtet .
Als Antireflexionschicht 16 werden Schichten aus organischen langkettigen oder polymeren Materialien verwendet . Die genaue Beschaffenheit der Antireflexionsschichten ist nicht von entscheidender Bedeutung für das erfindungsgemäße Verfahren. Geeignet sind z.B. Antireflexionsschichten, die von der Firma Brewster unter der Bezeichnung DUV30 kommerziell angeboten werden. Es können aber auch andere Schichtmaterialien eingesetzt werden. Die Photoresistschicht 18 wird mit DUV-Strahlung belichtet und entwickelt, wodurch die gemäß der Belichtung strukturierte Photoresistmaske 18' zurückbleibt (Fig.2) . In den Bereichen, in denen der Photoresist entfernt wurde, liegt die Antireflexionschicht 16 jetzt frei. Diese wird durch das erfindungsgemäße Ätzverfahren in den freiliegenden Bereichen entfernt und bleibt in den abgedeckten Bereichen 16' auf der zu strukturierenden Schicht 14 zurück (Fig. 3) . Anschließend wird durch ein sich anschließendes Ätzverfahren die zu strukturierende Schicht 14 abgetragen, die somit die durch die Photoresistmaske vorgegebene Struktur enthält . Als Ätzverfahren für diesen Prozessschritt kommt jedes Ätzverfahren in Betracht, das für das ausgewählte Material der Schicht 14 geeignet ist. Abschließend werden dann die Photoresistmaske 18 ' und die verbleibenden Bereiche der Antireflexionsschicht 16' von dem Substrat 10 entfernt, das jetzt die strukturierte obere Schicht 14' aufweist (Fig. 5) .
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ätzen einer organischer Antireflexionsschicht beschrieben.
In den nachfolgenden Beispielen wurden durch reaktives (RIE) bzw. magnetisch (MERIE) unterstütztes reaktives
Ionenätzen Kontaktlöcher in aufgeschleuderte, organischen Antireflexionschichten geätzt, wobei unterschiedliche Gasgemische zur Erzeugung des jeweiligen Ätzplasmas verwendet wurden. In allen Ausführungsbeispielen wurde auf den jeweiligen Antireflexionsschichten identische DUN-
Photoresistmasken aufgebracht. Als Antireflexionschicht wurde jeweils eine Schicht aus DUV30 der Firma BREWSTER verwendet. Nach dem Plasmaätzen der Antireflexionsschicht wurde in jedem Beispiel die unter der Photoresistmaske und Antireflexionsschicht liegende Siliziumoxidschicht mittels herkömmlicher Plasmaätzverfahren strukturiert.
Die Plasmaätzverfahren wurden in Standard MD -Ätzanlagen wie z.B. AMAT MxP, oder Standard HDP-Ätzanlagen wie z.B. LAM TCP durchgeführt .
Ausführungsbeispiel 1: In diesem Ausführungsbeispiel wurde die organische
Antireflexionschicht mittels eines Plasmas geätzt, das aus einem Gasgemisch aus Sauerstoff, Chlor und Helium erzeugt wurde.
Dabei wurden die folgenden Prozeßparameter eingehalten:
Druc : 5 bis 100 mtorr
HF-Leistung: 50 bis 600 W elektr . Frequenz : 13,56 MHz magn. Flußdichte : 0 bis 60 G Gasflußraten: 10 bis 150 sccm He
10 bis 100 sccm Cl2
10 bis 100 sccm 02
Ausführungsbeispiel 2
In diesem Ausführungsbeispiel wurde die organische
Antireflexionschicht mittels eines Plasmas geätzt, das aus einem Gasgemisch aus Sauerstoff und Schwefeldioxid erzeugt wurde.
Dabei wurden die folgenden Prozeßparameter eingehalten:
Druck : 0 bis 40 mtorr
Top-HF-Leistung : 200 bis 500 W Bottom-HF-Leistung: 13,56 MHz Gasflußraten: 10 bis 200 sccm S02 10 bis 200 sccm 02
Zu Vergleichszwecken wurden zusätzlich analoge Plasmaätzversuche mit Plasmen aus N2/θ2-Gasgemischen durchgeführt .
Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in Fig. 6 abgebildet, In Fig. 6 sind die kritischen Dimensionen (CD) von Kontaktlöchern, die in eine Siliziumoxidschicht einer Metallisierungsebene geätzt wurden, in Abhängigkeit von deren Position der geätzten Struktur auf dem Wafer aufgetragen. In dem oberen Graphen aus Fig. 6 ist die obere Breite der geätzen Kontaktlöcher gegen deren Position auf dem Wafer aufgetragen; in dem unteren Graphen ist die jeweils korrespondierende untere Breite der Kontaktlöcher gegen deren Position auf dem Wafer aufgetragen. Für jede Meßreihe [Gasgemische: a) 02/Cl2/He, b) 02/S02 und c) N2/02] wurden jeweils 20 Kontaktlöcher an verschiedenen Positionen auf dem Wafer vermessen. Diese Kontaktlöcher wurden nach der Ätzung der organischen Antireflexionsschichten mittels Standardverfahren in die darunterliegende Siliziumoxidschicht geätzt.
Aus den Graphen in Fig. 6 geht hervor, dass durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ätzen der organischen Antireflexionsschicht kleinere kritische Dimensionen bei der anschließenden Strukturierung einer Siliziumoxidschicht erzielt werden können. Bei der Plasmaätzung der organischen Antireflexionsschicht mittels des 02/S02- und des 02/Cl2/He-Gasgemisches werden bei der anschließenden Ätzung der Siliziumoxidschicht beidemal kleinere kritischen Dimensionen erreicht als bei der
Verwendung eines Plasmas aus einem N2/θ2-Gasgemisch. Dieser vorteilhafte Effekt ist bei der Plasmaätzung der organischen Antireflexionsschicht durch das 02/Cl2/He-Gasgemisch besonders ausgeprägt. Diese Ergebnisse verdeutlichen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine größere
Übertragungsgenauigkeit der Lithographie-Struktur in eine zu strukturierende Schicht, wie z.B. Siliziumoxid, möglich wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ätzen einer organischen Antireflexionsschicht, umfassend die Schritte:
a) ein Substrat (10) wird bereitgestellt, auf dem zumindest in Teilbereichen eine organische Antireflexionsschicht (16) aufgebracht ist,
b) die Antireflexionsschicht (16) wird zumindest in
Teilbereichen einem Plasma ausgesetzt, wobei das Plasma aus einem Gasgemisch umfassend eine molekulare Sauerstoffquelle, Chlor Cl2 und/oder Bromwasserstoff HBr und/oder Schwefeldioxid S02 erzeugt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als molekulare Sauerstoffquelle ein Gas ausgewählt aus der Gruppe umfassend molekularen Sauerstoff 02, Stickstoffmonoxid NO, Stickstoffdioxid N02, Kohlenmonoxid
CO und/oder Kohlendioxid C0 verwendet wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als molekulare Sauerstoffquelle molekularer Sauerstoff 02, verwendet wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gasgemisch zusätzlich zumindest ein Edelgas enthält.
5. Verfahren gemäß Anspruch , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Edelgas Helium ist.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gasgemisch, aus dem das Plasma erzeugt wird, durch Mischen zumindest eines 02-Gasstroms und eines Cl2-Gasstroms bereitgestellt wird, wobei der 02-Gasstrom eine Gasflußrate von 10 bis 100 sccm aufweist und der Cl2- Gasstrom eine Gasflußrate von 10 bis 100 sccm aufweist.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gasgemisch, aus dem das Plasma erzeugt wird, durch Mischen zumindest eines 02-Gasstroms und eines S02-Gasstroms bereitgestellt wird, wobei der 02-Gasstrom eine
Gasflußrate von 10 bis 200 sccm aufweist und der S02- Gasstrom eine Gasflußrate von 10 bis 200 sccm aufweist.
8. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem Gasgemisch Helium mit einer Gasflußrate von 10 bis 150 sccm beigemischt wird.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t , daß das Ätzverfahren durch ein Magnetfeld unterstützt wird.
10.Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zu ätzende organische Antireflexionsschicht (16) zwischen einer strukturierten Photoresistschicht (18') und dem Substrat (10) aufgebracht ist, wobei die organische Antireflexionsschicht (16) nur in Teilbereichen durch die strukturierte Photoresistschicht (18') abgedeckt wird.
11.Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die strukturierte Photoresistschicht (18') einen DUN- Photoresist umfaßt.
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