DE68928856T2 - Herstellung von einem vorbeschriebenem Muster über eine Halbleitervorrichtungsschicht - Google Patents
Herstellung von einem vorbeschriebenem Muster über eine HalbleitervorrichtungsschichtInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines festgelegten Musters von z. B. einer Verdrahtungsschicht durch Ätzen auf einem Halbleiter-Bauelement.
- Bei der herkömmlichen Technik wird zum Ätzen eines Halbleiter-Substrats ein Reaktiv-Ionen-Ätzverfahren (RIE) angewendet, wobei ein Muster aus Photoresistlack auf dem Halbleiter-Substrat als Maske verwendet wird.
- Fig. 1 ist ein Schema zur Erklärung eines Problems, das bei einem herkömmlichen Verfahren zur Bildung eines Musters in Submikron-Abmessungen unter Anwendung eines herkömmlichen Belichtungs- und Entwicklungsverfahrens auftritt. Das heißt, wenn die Breite zwischen den benachbarten Musterelementen verhältnismäßig groß ist, z. B. 1,0 um, ist es möglich, mit dem herkömmlichen Verfahren ein gewünschtes Muster zu erzielen. Wenn jedoch die Breite 0,8 um beträgt (z. B. zwischen den Photoresistlack-Mustern 12 und 13), bleibt ein gewisses Maß an nichtentwickeltem Photoresistlack auf dem Substrat 10, da der untere Abschnitt des Photoresistlacks nicht ausreichend exponiert wird, selbst wenn der obere Abschnitt klar gemustert ist. Es ist daher schwierig, die Photoresistlack-Muster 12 und in einem anschließenden Ätzverfahren als Muster zu benutzen.
- Fig. 2A und 2B zeigen Schemata zur Erklärung eines Problems bei einem herkömmlichen Verfahren zur Bildung eines festgelegten Musters einer stark reflektierenden Metallschicht in einem vertieften Abschnitt 24 eines Halbleiter-Substrats 20. Beim herkömmlichen Verfahren wird ein Material mit hohem Reflexionsvermögen, beispielsweise ein Wolframsilicid 21, gebildet. Dann wird auf diesem eine Schicht 23 aus Photoresistlack gebildet (Fig. 2A). Danach werden ein Belichtungs- und ein Entwicklungsverfahren ausgeführt, um ein Muster 23a und 23b aus Photoresistlack zu bilden. Mit diesem Verfahren kann auf einer flachen Oberfläche des Substrats 20 ein gewünschtes Muster 23a und 23b aus Photoresistlack gebildet werden. Im Abschnitt 24 mit dem Höhenunterschied aber exponiert das reflektierte Licht von der Winkelfläche 22 der Metallschicht 21 den Photoresistlack in der Vertiefung. Folglich kann das gewünschte Muster, das durch die unterbrochene Linie 23c gezeigt wird, nicht erzielt werden, stattdessen kann vielmehr ein Photoresistlack-Muster 23d gebildet werden. Daher ist es auch schwierig, das Muster 23d als Maske zum genauen Ätzen der Metallschicht 21 zu verwenden.
- Aus US-A-4599137 ist ein Verfahren bekannt, wie es in dem Teil von Anspruch 1 beschrieben wird, der dem kennzeichnenden Abschnitt vorausgeht, bei dem in einem Fertigungsverfahren für Halbleiter-Bauelemente ein Mikromuster aus Abdecklack gebildet wird. Außerdem legt US. A.4624749 den Einsatz eines Metalls (Gold) als Zwischenlage offen, die durch das selektive Elektroplattieren von Gold über einem Photoresistlack-Muster gebildet wird, welche komplementär zu dem gewünschten Gold-Verbindungsleitungsmuster ist. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, das ein gewünschtes genaues Photoresistlack-Muster selbst dann ergibt, wenn die Breite zwischen den benachbarten Abschnitten des Musters in der Größenordnung von Submikron liegt.
- Um dieses Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines festgelegten Musters auf einer Schichte eines Halbleiterbauelements bereit, wie es in Anspruch 1 definiert wird.
- Die beigefügten Zeichnungen, die in die Patentschrift einbezogen sind und Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erklären. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten. In den Zeichnungen sind:
- Fig. 1 eine Querschnittansicht zur Erklärung eines Problems bei einem herkömmlichen Verfahren:
- Fig. 2A und 2B Zeichnungen zur Erklärung eines weiteren herkömmlichen Verfahrens und des diesem innewohnenden Problems:
- Fig. 4A bis 4D und Fig. 5A bis 5E Querschnittansichten zur Erklärung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
- Fig. 3A bis 3D, Fig. 6A bis 6D und Fig. 7A bis 7D Querschnittansichten von Strukturen, die unter Anwendung eines Verfahrens hergestellt wurden, das außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegt.
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun die vorliegende Erfindung im Detail erklärt.
- Fig. 3A bis 3D sind Querschnittansichten zur Erklärung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unserer Stammanmeldung EP-A-358350, die außerhalb des Rahmens der vorliegenden Anmeldung liegt, aber als Hintergrundinformation einbezogen worden ist. Es ermöglicht die Bildung eines Verdrahtungsmusters in einem vertieften Abschnitt eines Halbleiter-Substrats.
- Zuerst wird ein Halbleiter-Substrat 30, das einen vertieften Abschnitt oder eine Einkerbung 34 hat, vorbereitet. Dann wird auf dem Substrat 30 eine Musterschicht 31 aus Wolframsilicid gebildet. Danach wird über der gesamten Oberfläche eine Schicht aus einem positiven Photoresistlack, z. B. einem OFPR (hergestellt von der Tokyo Oka Co.), aufgebracht, und unter Anwendung eines herkömmlichen Belichtungs- und Entwicklungsverfahrens wird ein Photoresistlack-Muster 33a und 33b, das eine Wand 32 an der Einkerbung 34 bedeckt, gebildet (Fig. 3A).
- Anschließend wird das Substrat 30 in eine wässrige Fluorsilicat-Lösung getaucht.
- Bei diesem Schritt wird eine Schicht 35 aus Siliciumoxid (SiO&sub2;) mit einer Stärke von etwa 1000 Å selektiv in dem Bereich gebildet, in dem die Wolframsilicid-Schicht 31 (WSi- Schicht) exponiert wird, da H&sub2;SiF&sub6; und H&sub2;O reagieren, um SiO&sub2; auszufällen. Um die SiO&sub2;- Schicht selektiv zu bilden, wird die Oberfläche der Photoresistlack-Schicht 33a und 33b z. B. einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, um deren Oberfläche vorzugsweise aus einem hydrophilen Zustand (bei dem z. B. ein -OH-Radikal als ein Endradikal vorhanden ist) in einen hydrophoben Zustand (bei dem z. B. ein -O-Radikal als ein Endradikal vorhanden ist) zu bringen (Fig. 3B). Dieses Verfahren wird nachstehend als eine hydrophobe Behandlung bezeichnet.
- Dann wird das Photoresistlack-Muster 33a und 33b entfernt, z. B. durch Schwabbeln (Fig. 3C).
- Danach wird ein anisotroper Ätzvorgang, beispielsweise ein RIE-Verfahren, ausgeführt, um eine gewünschte WSi-Verdrahtungsschicht 31a, 31b und 31c zu bilden, wobei die SiO&sub2;-Schicht 35 als Maske dient (Fig. 3D). Daran schließt sich ein Ätzvorgang zum Entfernen der SiO&sub2;-Schicht 35 an (nicht gezeigt).
- Nach diesem Verfahren wird die Wand 32 an der Einkerbung 34 nicht exponiert.
- Folglich kann das durch die Lichtreflexion von der Oberfläche 32 verursachte Problem vermieden werden. Außerdem ist das selektive Ätzen zwischen dem WSi und dem SiO&sub2; verhältnismäßig groß. Daher ist es möglich, ein gewünschtes Muster einer WSi-Verdrahtung 31a auf dem Substrat 30 zu erreichen, selbst wenn das Substrat 30 einen vertieften Abschnitt einschließt, da die SiO&sub2;-Schicht 35, die eine verhältnismäßig geringe Ätzrate hat, als Maske benutzt wird, um die WSi-Schicht 31 zu ätzen.
- Natürlich ist es möglich, mit anderen Stoffen für die Verdrahtungsschicht zu arbeiten, wie allen Fachleuten auf diesem Gebiet offensichtlich sein dürfte. Die folgende Beschreibung ist ein erstes Beispiel der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 4A bis 4D sind Querschnittansichten. Auf einem Halbleiter-Substrat 40 wird eine Wärme-Oxidschicht 41 gebildet. Auf der Oxidschicht 41 wird eine zu ätzende Aluminiumschicht (Al) 42 von etwa 8000 Å Stärke durch beispielsweise Sputtern gebildet. Dann wird auf der Al-Schicht 42 unter Anwendung eines herkömmlichen Belichtungs- und Entwicklungsverfahrens ein entsprechendes Photoresistlack-Muster 43 von etwa 12.000 Å Stärke gebildet. Als nächstes wird durch ein Glas-Aufschleuderverfahren (SOG-Verfahren) eine Glasschicht 44 gebildet, woran sich eine Wärmebehandlung anschließt (Fig. 4A). Dann wird ein herkömmliches Ätzverfahren ausgeführt, um die relativ dünne Glasschicht zu entfernen, die auf dem Photoresistlack 43 gebildet wird, und um einen Abschnitt der relativ starken Glasschicht 44 stehenzulassen, die dort gebildet wird, wo keine Photoresistlack-Schicht 43 gebildet wird. Anschließend wird eine hydrophobe Behandlung durchgeführt.
- Dann wird das Substrat in eine wässrige Fluorsilicatlösung getaucht, um auf der Glasschicht 44 selektiv ein SiO&sub2;-Muster 45 von etwa 2000 Å Stärke zu bilden (Fig. 4B). Als nächstes wird das Photoresistlack-Muster 43 durch beispielsweise einen Naßätzvorgang entfernt (Fig. 4C).
- Danach wird ein anisotropes Ätzen, z. B. ein RIE-Verfahren, ausgeführt, um eine gewünschte Al-Verdrahtungsschicht 42a und 42b zu bilden, wobei das SiO&sub2;-Muster 45 als Maske dient (Fig. 4D). Danach wird ein Ätzvorgang zum Entfernen der SiO&sub2;-Schicht 45 und der Glasschicht 44 durchgeführt (nicht gezeigt).
- Bei diesem Verfahren beträgt die Selektivität des Ätzvorgangs zwischen der Al- Schicht und der SiO&sub2;-Schicht etwa 10, und sie ist damit verhältnismäßig groß im Vergleich zu der zwischen der Al-Schicht und der Photoresistlack-Schicht, die etwa 2 beträgt. Auf diese Weise kann die Selektivität des Ätzvorgangs verbessert werden. Außerdem wird das verbleibende Al-Muster 42a und 42b durch die SiO&sub2;-Schicht 45 bestimmt. Der Bereich, in dem die SiO&sub2;-Schicht gebildet wird, wird bestimmt durch die verbleibende Photoresistlack- Schicht 43. Folglich wird das A1-Muster 42a und 42b umso breiter, je schmaler das Photoresistlack-Muster 43 wird. Es ist leicht, das verbleibende Photoresistlack-Muster dadurch schmaler zu machen, daß die Belichtungsbedingungen kontrolliert werden, z. B. durch eine Überbelichtung, da der Photoresistlack ein positiver Photoresistlack ist. Das bedeutet, daß die Breite zwischen den benachbarten Mustern geringer gemacht und die Auflösung verbessert werden können.
- Bei diesem Verfahren dient die Glasschicht 44 dazu, die Al-Schicht 42 vor dem Ätzen zu schützen, wenn das Substrat zum Ausfällen der SiO&sub2;-Schicht 45 in die Lösung getaucht wird.
- Fig. 5A bis 5E sind Zeichnungen eines weiteren Beispiels. Auf einem Halbleiter- Substrat 50 wird eine Wärme-Oxidschicht 51 gebildet. Auf der Oxidschicht 51 wird eine zu ätzende Aluminiumschicht (Al) 52 von etwa 8000 Å Stärke beispielsweise durch Sputtern gebildet. Dann wird durch ein Glas-Aufschleuderverfahren eine Glasschicht 53 gebildet, woran sich eine Wärmebehandlung anschließt. Danach wird unter Anwendung eines herkömmlichen Belichtungs- und Entwicklungsverfahrens eine gemusterte Photoresistlack- Schicht 54a, 54b und 54c gebildet (Fig. 5A).
- Nach einer hydrophoben Behandlung des Photoresistlack-Musters 54 wird das Substrat in eine wässrige Fluorsilicatlösung getaucht, um eine SiO&sub2;-Schicht 55 zu bilden (Fig. 5B). Danach wird die Photoresistlack-Schicht 54 entfernt (Fig. 5C).
- Als nächstes wird ein Ätzvorgang, z. B. ein Naßätzen, ausgeführt, um die Glasschicht 53 zu ätzen, wobei die SiO&sub2;-Schicht 55 als Maske dient (Fig. 5D).
- Dann wird ein anisotroper Ätzvorgang, z. B. ein RIE-Verfahren, ausgeführt, um eine gewünschte Al-Verdrahtungsschicht 52a und 52b zu bilden, wobei die SiO&sub2;-Schicht 55 als Maske dient (Fig. 5E). Danach werden die Glasschicht 53 und die SiO&sub2;-Schicht 55 entfernt (nicht gezeigt). Unter Anwendung dieses Verfahrens kann ein gewünschtes Verdrahtungsmuster geschaffen werden, wie das in dem Beispiel gezeigt wird, das in Fig. 4A bis 4D veranschaulicht wird.
- Fig. 6A bis 6D sind Zeichnungen zur Erklärung eines weiteren Beispiels, das außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegt, in diesem Fall zur Bildung eines Kontaktlochs in einem Halbleiter-Bauelement. Auf einem Halbleiter-Substrat 60 wird eine Isolierschicht 61 gebildet. Dann wird auf der Isolierschicht eine Polysilicium-Schicht 62 von etwa 300 Å Stärke gebildet, z. B. durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren. Als nächstes wird auf der Polysilicium-Schicht 62 unter Anwendung eines herkömmlichen Belichtungs- und Entwicklungsverfahrens eine gemusterte Photoresistlack-Schicht 63 gebildet (Fig. 6A). Dann wird eine hydrophobe Behandlung der Photoresistlack-Schicht 63 ausgeführt.
- Als nächstes wird das Substrat in eine Lösung aus Palladium(II)-chlorid (PdCl&sub2;) getaucht, um unter Anwendung eines nichtelektrischen Metallisierungsverfahrens eine Palladiumschicht 64 von weniger als 100 Å Stärke zu bilden. Als nächstes wird das Substrat in eine gemischte Lösung aus Nickelsulfat (NiSO&sub4;) und Hypophosphit getaucht, um eine Nickelschicht 65 von etwa 1000 Å Stärke zu bilden (Fig. 6B).
- Im Anschluß daran wird die Photoresistlack-Schicht entfernt, z. B. durch eine Schwabbelbehandlung unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas (Fig. 6C).
- Danach wird ein anisotroper Ätzvorgang, z. B. ein RIE-Verfahren, ausgeführt, um ein Kontaktloch 66 zu bilden, wobei die Nickelschicht 65 als Maske dient (Fig. 6D).
- Als nächstes werden die Nickelschicht 65 und die Palladiumschicht 64 durch ein Naßätzverfahren entfernt, wobei ein gemischtes Ätzmittel aus einer Chlorwasserstoffsäure, einer Salpetersäure und einer Essigsäure verwendet wird. Die Polysilicium-Schicht 62 kann entweder durch Naßätzen unter Verwendung einer organischen Alkalilösung, z. B. eines Cholins, oder durch Trockenätzen unter Verwendung eines Fluors als dem aktiven Radikal entfernt werden, oder sie kann oxidiert und in ihrem Zustand belassen werden.
- Bei diesem Beispiel wird die Größe des Kontaktlochs 66 durch das verbleibende Photoresistlack-Muster 63 bestimmt. Folglich ist es, wenn die Größe der Photoresistlack- Schicht 63, beispielsweise durch das Ausführen einer Überbelichtung, verringert wird, möglich, ein Resistmuster zu bilden, das eine geringere Breite hat als die Auflösungsgrenze beträgt. Auf diese Weise ist es möglich, ein engeres Kontaktloch herzustellen, als das bei Anwendung des herkömmlichen Ätzverfahrens möglich ist. Außerdem ist die Ätzrate der Nickelschicht 65 wesentlich geringer als die der Isolierschicht 61. Folglich ist es leicht, ein gewünschtes feines Kontaktloch herzustellen. Die Palladiumschicht 64 gewährleistet eine gute Adhäsion zwischen der Polysilicium-Schicht 62 und der Nickelschicht 65.
- Fig. 7A bis 7D sind Zeichnungen zur Erklärung eines weiteren Beispiels, das außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegt, hin diesem Fall zur Oxydation eines Halbleiter-Substrats 70. Auf einem Halbleiter-Substrat 70 wird eine wärmeisolierende Schicht 71 gebildet. Dann wird auf der Isolierschicht 71 eine Siliciumnitridschicht 72 gebildet. Danach wird auf der Siliciumnitridschicht 72 eine gemusterte Photoresistlack- Schicht 73 gebildet (Fig. 1A).
- Nach einer hydrophoben Behandlung der Photoresistlack-Schicht 73 wird das Substrat auf die gleiche Weise und in die gleiche Lösung wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3A bis 3D getaucht, um eine SiO&sub2;-Schicht 74 zu bilden.
- Danach wird die Photoresistlack-Schicht 73 entfernt, z. B. durch Schwabbeln unter Anwendung eines Sauerstoffplasmas (Fig. 7C).
- Danach wird die Siliciumnitridschicht 72 selektiv geätzt, wobei die SiO&sub2;-Schicht 74 als Maske dient. Danach wird eine Oxydationsbehandlung durchgeführt, um das Substrat 70 zu oxidieren und eine das Bauelement trennende Oxidschicht 75 zu bilden, wobei die Siliciumnitridschicht 72, die selektiv unter der SiO&sub2;-Schicht 74 verbleibt, als Maskenschicht genutzt wird (Fig. 7D). Danach wird eine Ätzbehandlung, z. B. ein chemisches Trockenätzen (CDE-Verfahren), ausgeführt, um die SiO&sub2;-Schicht 74 und die Siliciumnitridschicht 72 zu entfernen.
- In den Beispielen von Fig. 3, 4, 5 und 7 wird eine SiO&sub2;-Schicht, die durch Ausfällung gebildet wird, als Maskenschicht verwendet. Es ist jedoch auch möglich, mit einer Nickelschicht als Maskenschicht zu arbeiten, die durch ein nichtelektrisches Metallisierungsverfahren gebildet wird, wie das in Fig. 6 beschrieben wurde, und umgekehrt. So kann in jedem der Beispiele entweder eine SiO&sub2;-Schicht oder eine Nickelschicht als Maskenschicht angewendet werden.
- Außerdem ist es möglich, anstelle der Verdrahtungsschicht und der Isolierschicht das Halbleiter-Substrat zu ätzen.
- Weiterhin ist es möglich, die vorliegende Erfindung anzuwenden, um ein Muster auf einer optischen Scheibe zur Speicherung von Informationen zu bilden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Bildung eines festgelegten Musters auf einer Schicht eines
Halbleiter-Bauelementes, welches die folgenden Schritte umfaßt:
Vorbereitung eines Substrats (40), das eine erste Hauptoberfläche hat;
Bildung einer ersten Schicht (41) auf der ersten Hauptoberfläche;
Bildung einer zweiten Schicht (42) auf der ersten Schicht;
Bildung einer dritten Schicht (43) auf der zweiten Schicht:
selektives Entfernen der dritten Schicht, um eine erste gemusterte Schicht zu
bilden:
Eintauchen des Substrats, das die erste gemusterte Schicht aufweist, in eine
festgelegte Lösung, um über den Abschnitten der zweiten Schicht, die nicht durch die erste
gemusterte Schicht bedeckt sind, selektiv eine vierte Schicht (45) zu bilden;
Entfernen der ersten gemusterten Schicht; und
Ätzen der zweiten Schicht unter Nutzung der vierten Schicht (45) als Maske;
dadurch gekennzeichnet, daß das die erste Schicht (41) eine isolierende Schicht
ist, die zweite Schicht (42) eine Metallschicht ist, die dritte Schicht (43) eine
Photoresistlack-Schicht ist und die vierte Schicht eine SiO&sub2;-Schicht ist, wodurch der Rest
der zweiten Schicht (42) eine Metall-Verbindungsleitungsschicht für das Halbleiter-
Bauelement darstellt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem vor der Bildung der vierten Schicht (45)
den Schritt der Bildung einer Glasschicht (44) auf der zweiten Schicht (42) umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Glasschicht (44) durch ein Glas-
Aufschleuderverfahren gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, das vor dem Schritt des Eintauchens des Substrats
den Schritt des Wegätzens der Abschnitte der Glasschicht (44), welche die dritte Schicht
(43) überlagern, umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, das die hydrophobe Behandlung der dritten Schicht (43)
unmittelbar im Anschluß an den Schritt des Wegätzens von Abschnitten der Glasschicht (44)
umfaßt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das außerdem den Schritt der
Bildung der Glasschicht (53) als der oberen Lage der zweiten Schicht (52) umfaßt, bevor
die dritte Schicht (54) gebildet wird, so daß die Glasschicht unter Nutzung der vierten
Schicht (55) als Maske geätzt wird.
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