DE10228774B4

DE10228774B4 - Verfahren zum Bilden feiner Muster in Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE10228774B4
Application number: DE10228774A
Authority: DE
Inventors: Sung-Kwon Lee; Chang-Youn Hwang
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: DE10228774A1; TW544760B; US6569778B2; US20030003714A1; JP4420592B2; JP2003051443A

Abstract

Verfahren zum Bilden eines feinen Musters einer Halbleitereinrichtung, welches die Schritte aufweist:
(a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates;
(b) sequenzielles Bilden einer Ätzzielschicht, einer Antireflexschicht und eines Photoresistfilmes auf dem Halbleitersubstrat, photolithographisches Strukturieren des Photoresistfilmes zur Bildung eines Photoresistmusters unter Einsatz eines ArF-Lasers als Belichtungsquelle;
(c) Plasma-Ätzen der Antireflexschicht und eines Teiles der Ätzzielschicht, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, bei einer ersten Substrattemperatur mit auf Fluor basierendem Gas und Argongas, indem das Photoresistmuster als eine Ätzmaske genutzt wird;
(d) Plasma-Ätzen des verbleibenden Teils der Ätzzielschicht, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, bei einer zweiten Substrattemperatur, welche höher als die erste Substrattemperatur ist, mit auf Fluor basierendem Gas und Argongas; und
(e) Entfernen der Antireflexschicht und des Photoresistmusters.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellverfahren für eine Halbleitereinrichtung; und spezieller ausgedrückt, auf ein Verfahren zum Bilden eines feinen Musters in einer Halbleitereinrichtung bei Verwenden einer ArF-Belichtungsquelle.
In neuerer Zeit wurde ein Photolithographieverfahren als eine Technologie zum Bilden eines feinen Musters genutzt, welches erforderlich ist, um Halbleitereinrichtungen mit hoher Integration zu erreichen. Deshalb ist es für Halbleitereinrichtungen mit hoher Integration sehr wichtig, die Auflösung der Photolithographie zu verbessern.

Im Allgemeinen wird der Photolithographieprozess durch zwei Prozesse durchgeführt, d.h. einen Prozess zum Bilden eines Photoresistmusters und einen Prozess zum Ätzen einer nicht gemusterten Fläche einer Ätz-Zielschicht, indem das Photoresistmuster als eine Maske genutzt wird, um dadurch ein gewünschtes Muster zu erhalten, z.B. ein Kontaktloch, eine Bitleitung, usw. Hierbei wird das Photoresistmuster durch Beschichten eines Photoresistfilmes auf der Ätz-Zielschicht, Belichten des beschichteten Photoresistfilmes durch Benutzen einer vorbereiteten Belichtungsmaske und durch Entwickeln eines belichteten oder unbelichteten Teiles des beschichteten Photoresistfilmes, indem eine chemische Lösung benutzt wird, hergestellt.

Inzwischen wird eine kritische Abmessung (CD) des gewünschten Musters, welches mit dem Photolithographieprozess gebildet werden kann, durch eine Wellenlänge einer Lichtquelle bestimmt, welche bei dem obigen Belichtungsvorgang genutzt wird, da die CD des gewünschten Musters entscheidend von einer Breite des Photoresistmusters abhängt, welches durch den obigen Belichtungsvorgang bildbar ist.

Nachdem die Massenherstellung von Halbleiterprodukten, dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAMs) eingeschlossen, begann, machte die Photolithographie schnelle Fortschritte. Die Integration des DRAM wurde jeweils in 3 Jahren ungefähr 4-mal angehoben, und die Integrationsgeschwindigkeit anderer Speichereinrichtungen liegt ungefähr 2 oder 3 Jahre später als die der DRAM. Als Ergebnis entwickelte sich ein Produktdesign von 0,8 μm eines 4M-Bit-DRAM auf 0,13 μm eines 4G-Bit-DRAM. Nun kommt nicht-optische Photolithographie auf.

Die Auflösung der optischen Photolithographie ist umgekehrt proportional zu einer Wellenlänge einer Belichtungsquelle. Deshalb nutzte eine frühe Schrittschalteinrichtung, welche ein Belichtungsschema "Schritt und Wiederholung" übernahm, eine Lichtquelle, welche eine Wellenlänge von 436 nm (g-Linie) und eine Wellenlänge von 365 nm (i-Linie) bereitstellt, und jetzt wird eine Belichtungseinrichtung vom Scannertyp oder eine Schrittschalteinrichtung verwendet, welche eine tief im Ultravioletten (DUV) liegende Wellenlänge bei 248 nm (KrF-Excimerlaser) hat.

In der optischen Photolithographie hat es viele Entwicklungen auf dem Gebiet der Materialien gegeben, wie z.B. chemisch verstärkte Resists (CAR), bezüglich der Herstellung, wie z.B. Drei-Schicht-Resists (TLR), Zwei-Schicht-Resists (BLR), Abbilden der obersten Oberfläche (TSI), Anti-Reflexbeschichtung (ARC) usw., und bezüglich der Maske, wie z.B. eine Phasenschiebemas ke (PSM), optische Näherungskorrektur (OPC) usw., ebenso wie bezüglich der Belichtungseinrichtung selbst, wie z.B. eine Linse, welche eine numerische Apertur größer als 0,6 hat, und bezüglich der Hardware.

Die 248 nm-DUV-Photolithographie wurde allgemein genutzt, um Produkte zu bilden, welche eine Design-Regel von 0,18 μm haben, da sie viele Fehler aufweist, wie z.B. einen Zeitverzögerungseffekt, Materialabhängigkeit usw. Um deshalb Produkte herzustellen, welche eine Design-Regel von weniger als 0,15 μm haben, wurde dafür eine neue DUV-Photolithographie benötigt, welche eine Wellenlänge von 193 nm (ArF-Excimerlaser) verwendet. Da es jedoch für diese DUV-Photolithographie unmöglich war, ein Muster kleiner als 0,1 μm zu bilden, obwohl verschiedene Technologien angewendet wurden, um die Auflösung zu erhöhen, wurde die Photolithographie unter Nutzung einer neuen Lichtquelle entwickelt.

Als Ergebnis wurden Belichtungseinrichtungen eingeführt, welche einen Elektronenstrahl und einen Röntgenstrahl als Lichtquelle verwenden. Zusätzlich wird eine extreme ultraviolette Technologie entwickelt, welche einen schwachen Röntgenstrahl als Lichtquelle nutzt.

Die frühere Belichtungseinrichtung verwendete ein Belichtungsschema, wobei eine Maske im oberen Bereich eines Substrates platziert wurde, um nahe an dem Substrat zu sein, und deren Fokus mit den Augen des Bedieners justiert wurde. Dann, bei Weiterentwicklung dieser Technologie, wurde die Auflösung erhöht, indem eine Lücke zwischen der Maske und dem Substrat reduziert wurde, und die Belichtung wurde durch sanftes Berühren oder festes Berühren (kleiner als 10 μm) entsprechend der Abmessung der Lücke erreicht.

In neuerer Zeit, da eine Entwicklungseinrichtung, welche einer KrF-Laser nutzt, welcher eine Wellenlänge von 248 nm als Lichtquelle hat, Photoresistmaterialien und andere einschlägige Technologien entwickelt wurden, ist es möglich, ein Muster zu bilden, welches eine Design-Regel von weniger als 0,15 μm hat.

Nun entwickelt sich eine Technologie, welche in der Lage ist, ein feines Muster zu bilden, welches von 0,11 μm bis 0,07 μm reicht, indem eine Belichtungseinrichtung verwendet wird, welche einen ArF-Laser verwendet, welcher eine Wellenlänge von 193 nm hat. Die DUV-Photolithographie hat hohe Auflösung und eine DOF-Eigenschaft (Schärfentiefe), verglichen mit der i-Linie, wohingegen es nicht leicht ist, deren Herstellprozess zu steuern. Dieses Problem der Prozesssteuerung rührt von einem optischen Grund her, welcher sich auf die kurze Wellenlänge begründet, und von einer chemischen Ursache herrührt, welche durch Nutzen des chemisch verstärkten Photoresist induziert wird. Da die Wellenlänge kürzer ist, wird ein CD-Kippphänomen aufgrund eines statischen Welleneffektes und ein Gravierphänomen eines reflektierten Lichtes aufgrund einer Materialphase ernst. Das CD-Kippphänomen stellt ein Phänomen dar, wobei eine Liniendicke periodisch verändert wird, da ein Grad von Interferenz zwischen einem einfallenden Licht und einem reflektierten Licht sich entsprechend einer Dickendifferenz eines Substratfilmes oder dem des Photoresistfilmes ändert.

Da der DUV-Prozess den chemisch verstärkten Photoresist verwendet, um die optische Empfindlichkeit zu verbessern, treten Probleme auf, wie z.B. die Stabilität nach der Belichtungsverzögerung (PED) und die Materialabhängigkeit, welche sich auf den chemischen Reaktionsmechanismus beziehen. Deshalb ist eine Kernaufgabe der ArF-Belichtungstechnologie, neue Photoresistmaterialien für die ArF-Belichtung zu entwickeln, d.h. neue ArF-Photoresistmaterialien. Da jedoch ein Benzolring nicht beherrscht werden kann, ist es nicht leicht, das Photoresistmaterial für die ArF-Belichtung zu entwickeln. Der Benzolring wurde in dem Photoresist für die i-Linie und die ArF-Belichtung aufrechterhalten, um damit die Dauerhaftigkeit in einem trockenen Ätzprozess zu sichern. Wenn jedoch der Benzolring in den ArF-Photoresistmaterialien aufrechterhalten werden soll, wird die Absorption bei der 193 nm-Wellenlänge des ArF-Lasers hoch, und deshalb wird die Transparenz verschlechtert. Als Ergebnis tritt ein Problem auf, einen kleineren Teil des Photoresist unbelichtet zu machen.

Deshalb machen Forschungen Fortschritt, Photoresistmaterialien zu entwickeln, welche in der Lage sind, die Dauerhaftigkeit im trockenen Ätzprozess zu sichern, ohne den Benzolring aufrechtzuerhalten, welcher eine starke Adhäsionskraft besitzt und bei 2,38% TMAH entwickelbar ist. Bislang veröffentlichen viele Firmen und Institute eine große Anzahl von Forschungsergebnissen.

Gegenwärtig beinhalten kommerziell erhältliche ArF-Photoresistmaterialien COMA (CycloOlefin-Maleinsäureanhydrid), einen Polymertyp, welcher zu einer Acrylatfamilie oder deren Kombination gehört, welche den Benzolring darin einschließt.

Mit Bezug auf 1 wird exemplarisch eine Querschnittsansicht einer Musterverformung und von Kontaktfehlern in einem selbstausgerichtetem Kontakt(SAC)-Ätzprozess zum Bilden eines Lötanschlusskontakt-(LPC-)Loches durch Nutzen des ArF-Photoresists gezeigt.

Wie in 1 erläutert, werden sequenziell eine Vielzahl von Gate-Elektroden 11 und Hartmasken 12 auf einem Substrat 10 gebildet. Dann wird eine Isolierschicht 13 für Abstandshalter entlang des Herstellprofiles beschichtet. Eine dielektrische Schicht 14 für eine Zwischenschicht wird auf der Isolierschicht 13 aufgetragen und durch einen SAC-Ätzprozess geätzt, um damit einen Bereich zwischen den Gate-Elektroden 11 zu öffnen.

In dem SAC-Ätzprozess wurde auf Fluor basierendes Gas als Ätzgas verwendet, um das gewünschte Ätzprofil zu erhalten. Als Ergebnis tritt eine Deformation in dem Photoresistmuster, wie in 'A' der 1, auf, welche auf eine schwache Beständigkeit des ArF-Photoresistmusters zurückzuführen ist.

Wenn außerdem Fehljustierung in einem Überätzprozess zum Vermeiden des Fehlers in dem Bildungsprozess des Kontaktloches auftritt, werden Teile der Gate-Elektrode 11 und der Hartmaske 12 verloren, wie dies in 'B' der 1 gezeigt wird, was zu einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften von Anordnungen führt. Obwohl das Fehljustieren nicht auftritt, wird die Breite des Kontaktloches enger, wie dies in 'C' der 1 gezeigt wird, was zu einem erhöhten Kontaktwiderstand führt.

Obwohl es in den Zeichnungen nicht dargestellt wird, kann darüber hinaus, wenn die Kontaktlöcher, wie z.B. ein LPC-Loch, mit Hilfe der Photolithographie gebildet werden, welche die ArF-Belichtungsquelle nutzt, eine Riefenbildung in einem ArF-Photoresistmuster, ein Gruppieren von Photoresist oder eine plastische Verformung und ein Wackeln des Photoresists auftreten, während das Kontaktloch geätzt wird.

Entsprechend ist es erforderlich, die schwache Beständigkeit und die schwachen physikalischen Eigenschaften der ArF-Photoresistmaterialien für das auf Fluor basierende Gas zu erhöhen.

Die US 5,895,740 A offenbart ein Verfahren zur Strukturierung von Halbleitersubstraten unter Verwendung eines Photore sistmusters als Ätzmaske, bei dem zunächst eine Photoresistschicht auf einer zu ätzenden Schicht gebildet und diese strukturiert wird. Danach wird in einem ersten Plasmaätzschritt das Photoresistmuster mit einem Plasmagemisch, das einen Argonplasmaanteil und einen Anteil eines Plasmas eines fluorbasierten Gases enthält, beaufschlagt, wobei ein Polymer entsteht, das sich auf dem Photoresistmuster und den Seitenwänden von darin enthaltenen Kontaktlöchern abscheidet. Durch einen weiteren Ätzschritt wird das abgeschiedene Polymer anisotrop auf den horizontalen Flächen des Photoresistmusters und auf dem Boden der Kontaktlöcher entfernt, so dass letztlich ein modifiziertes Kontaktloch im Photoresistmuster mit geringerem Durchmesser entsteht. In einem abschließenden Ätzschritt wird das verengte Kontaktloch als Ätzmaske für die darunterliegende zu ätzende Schicht eingesetzt.

In den US-Schriften US 6,218,084 B1 und US 5,908,735 A wird ein Verfahren zur Strukturierung von Halbleitersubstraten unter Verwendung eines Photoresistmusters als Ätzmaske offenbart, bei dem zunächst eine Photoresistschicht auf einer zu ätzenden Schicht gebildet und diese strukturiert wird. Anschließend wird in einem ersten Ätzschritt das Photoresistmuster als Ätzmaske verwendet und mit einem Plasmagemisch aus einem Sauerstoffplasma und einem Plasma eines fluorbasierten Gases beaufschlagt, wobei wiederum ein Polymer entsteht und auf dem Photoresistmuster abgeschieden wird. Durch einen weiteren Ätzschritt wird das abgeschiedene Polymer sowie das Photoresistmuster entfernt.

Die wO 99/34425 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren zum Strukturieren von Halbleitersubstraten, bei dem zunächst auf ein Halbleitersubstrat aufeinanderfolgend eine metallische Schicht, eine organische Antireflektionsschicht und darauf wiederum eine Photoresistschicht aufgebracht wird. Die Photoresistschicht wird dann mit fachüblichen Photolithographie schritten belichtet und entwickelt und somit strukturiert, so dass ein Photoresistmuster entsteht. Danach wird in einem Plasmaätzschritt das Photoresistmuster als Ätzmaske für die Antireflexschicht verwendet und mit einem Plasmagemisch, welches einen Argonplasmaanteil und einen Plasmaanteil eines fluorbasierten Gases enthält, beaufschlagt, wodurch das Photoresistmuster in die Antirelexschicht übertragen wird, ohne die Photoresistschicht selbst zu beschädigen. In einem abschließenden Ätzschritt kann dann die freigelegt metallische Schicht geätzt werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu liefern, welches in der Lage ist, ein enges feines Muster in einer Halbleiteranordnung zu bilden, indem die Verformung eines ArF-Photoresistmusters minimiert wird, indem eine Ätztemperatur geeignet justiert wird.

Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden eines feinen Musters einer Halbleitereinrichtung gebildet, welches die Schritte aufweist: (a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates; (b) sequenzielles Bilden einer Ätzzielschicht einer Antireflexschicht und eines Photoresistfilmes auf dem Halbleitersubstrat, photolithographisches Strukturieren des Photoresistfilmes zur Bildung eines Photoresistmusters unter Einsatz eines ArF-Lasers als Belichtungsquelle; (c) Plasma-Ätzen der Antireflexschicht und eines Teils der Ätzzielschicht, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, bei einer ersten Substrattemperatur mit auf Fluor basierendem Gas und Argongas, indem das Photoresistmuster als eine Ätzmaske genutzt wird; (d) Plasma-Ätzen eines verbleibenden Teils der Ätzzielschicht, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, bei einer zweiten Substrattemperatur, welche höher als die erste Substrattemperatur ist, mit auf Fluor basierendem Gas und Argongas, um damit das feine Muster zu bilden; und (e) Entfernen der Antireflexschicht und des Photoresistmusters.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und anderen Aufgaben und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gegeben werden, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht einer Musterverformung und von Kontaktfehlern zeigt, welche in einem Ätzprozess mit Selbstjustierkontakt (SAC) zum Bilden eines Lötanschluss-Kontaktloches durch Nutzen eines ArF-Photoresists verursacht werden; und
2A bis 2E Querschnittansichten zum Bilden eines Lötanschluss-Kontaktloches durch Nutzen des ArF-Photoresists entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein erster Ätzprozess zum Ätzen einer Antireflex-beschichteten Schicht bei einer niedrigen Temperatur ungefähr bei 0°C ausgeführt, und ein zweiter Ätzprozess zum Ätzen einer Ätzzielschicht, welche als ein gewünschtes Muster ausgeführt werden soll, wird bei einer Temperatur, welche verhältnismäßig höher als die des ersten Ätzprozesses ist, ausgeführt. Deshalb ist es möglich, die Verformung eines Photoresistmusters zu minimieren, da die Verformung in erster Linie durch die Ätztemperatur in dem ersten Ätzprozess der oben aufgeführten beiden Ätzprozesse verursacht wird.
Mit Bezug auf 2A bis 2E werden Querschnittsansichten dargestellt, welche das Bilden eines Lötanschlusskontaktloches erläutern, in dem ein ArF-Photoresist entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genutzt wird.
Zuallererst, wie in 2A gezeigt wird, wird auf einem Halbleitersubstrat 20 eine Vielzahl von leitenden Mustern gebil det, z.B. eine Gate-Elektrode 21, indem Polysilicium und Wolframsilicat oder Wolfram genutzt werden, wobei das Substrat 20 verschiedene Bestandteile enthält, welche vorher darin oder darauf gebildet wurden, um eine Halbleitereinrichtung herzustellen. Hierbei wird eine Gate-isolierende Schicht auf dem Interface des Substrates 20 und der Gate-Elektrode 21 gebildet, obwohl dies nicht in den Zeichnungen gezeigt wird.
Eine Hartmaske 22, z.B. eine Nitratschicht, wird auf der Gate-Elektrode 21 gebildet, um zu vermeiden, dass die Gate-Elektrode 21 bei den folgenden Schritten beschädigt wird, z.B. ein selbstjustierender Kontaktätzprozess zum Bilden des Lötanschlusskontaktloches.
Dann werden eine abstandsisolierende Schicht 23, z.B. eine Nitratschicht und eine dielektrische Zwischenschichtbeschichtung 24 nacheinander entlang des gesamten Profils des herzustellenden Produktes aufgebracht. Die dielektrische Zwischenschichtbeschichtung 24 wird aus einer APL-(Vorebnungsschicht-) Oxidschicht, einer BPSG (Borphosphorsilicatglas), einer SOG-(Spin auf Glas), HDP-(hochdichtes Plasma-)Oxidschicht oder Nitridschicht hergestellt.
Eine organische Antireflexbeschichtungsschicht oder eine Nitrid-Antiflexbeschichtungsschicht 25 wird auf der dielektrischen Zwischenschichtbeschichtung 24 mit einer Dicke von 100 bis 2000 Å gebildet. Ein ArF-Photoresistfilm wird auf der Antireflexbeschichtungsschicht 25 aufgetragen und in einem Photolithographieprozess bemustert, welcher eine ArF-Belichtungsquelle nutzt, um damit ein Photoresistmuster 26 zu bilden.
Speziell wird das Photoresistmuster 26 durch die Beschichtung des ArF-Photoresistfilms gebildet, wie z.B. durch COMA (Cycloolefinmaleinsäureanhydrid), Acrylat oder deren Kombination auf der Antireflexschicht 25 bei einer bestimmten Dicke von z.B. 500 bis 6000 Å, indem selektiv vorbestimmte Teile des beschichteten ArF-Photoresistfilms durch Nutzen einer ArF-Belichtungsquelle (nicht gezeigt) und einer Zwischenmaske (nicht gezeigt) genutzt werden, dann Entwickeln des selektiv belichteten ArF-Photoresistfilmes und Entfernen des Photoresistfilmrückstandes durch einen Reinigungsprozess.
Zu dieser Zeit, um die Beständigkeit des Photoresistmusters 26 zu erhöhen, kann eine Elektronenstrahlbestrahlung oder eine Argonionenimplantation des Photoresistmusters 26 durchgeführt werden.
In dem obigen Vorgang können andere Photoresistmaterialien, welche auf einen ArF-Laser reagieren, genutzt werden, um den ArF-Photoresistfilm zu bilden.
Nachfolgend wird, wie in 2B gezeigt wird, ein Feld als das Kontaktfeld definiert, indem selektiv die Antireflexbeschichtungsschicht 25 und ein Teil der dielektrischen Zwischenschichtbeschichtung 25 durch das Verwenden des Photoresistmusters 26 als eine Maske geätzt werden, wobei eine Temperatur des Substrats 20 bei ungefähr -40°C bis ungefähr 10°C beibehalten wird, wo kein Polymer erzeugt wird.
Da dieser Ätzvorgang als Plasmaätzen durchgeführt wird, indem auf Fluor basierendes Gas, z.B. CxFy (x und y gleich 1 bis 10)-Gas, und Ar-Gas als Hauptätzgas bei der obigen niedrigen Temperatur verwendet werden, wird Polymer nicht erzeugt, und dadurch wird ein senkrechtes Profil ähnlich '27' in 2B erhalten.
Beim partiellen Ätzen der dielektrischen Zwischenschichtbeschichtung 24 ist es vorzuziehen, dass eine Ätztiefe weniger als 1/2 der Dicke der dielektrischen Zwischenschichtbeschich tung 24 wird, welche auf dem oberen Teil der Hartmaske 22 gebildet wird.
Entsprechend mit einer detaillierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ätzprozess bei zwei Ätzschritten ausgeführt: Ein Schritt wird bei Ätzbedingungen ausgeführt, d.h. einer Substrattemperatur von -40°C bis 10°C, einem Druck von 10 bis 100 mTorr, einer Leistung von 200 bis 500 W, Argongas von 50 bis 500 sccm, CF₄-Gas von 50 bis 200 sccm, O₂-Gas von 10 bis 50 sccm und CO-Gas von 10 bis 50 sccm; und der andere Schritt wird bei Ätzbedingungen ausgeführt, d.h. einer Substrattemperatur von -40°C bis 10°C, einem Druck von 10 bis 100 mTorr, einer Leistung von 200 bis 500 W, CF₄-Gas von 50 bis 200 sccm und O₂-Gas von 1 bis 10 sccm. Die obigen beiden Ätzschritte werden einzeln oder fortlaufend durchgeführt.
Es ist mehr vorzuziehen, den Ätzprozess durch kontinuierliche Ätzprozesse unter optimalen Ätzbedingungen durchzuführen, d.h. einer Substrattemperatur von 10°C, einem Druck von 50 mTorr, einer Leistung von 300 W, Argongas von 150 sccm, CF₄-Gas von 80 sccm, O₂-Gas von 20 sccm und CO-Gas von 20 sccm und einer Substrattemperatur von 10°C, einem Druck von 25 mTorr, einer Leistung von 500 W, CF₄-Gas von 100 sccm und O₂-Gas von 3 sccm.
In 2C, wenn die Substrattemperatur bei 20°C bis 100°C höher als die obige niedrige Temperatur, d.h. -40°C bis 10°C, beibehalten wird, wird die dielektrische Zwischenschichtbeschichtung 24 bis zur obersten Oberfläche der Hartmaske 22 durch Gebrauchen des Photoresistmusters 26 und deren darunter liegenden Schichten als eine Ätzmaske geätzt. Zu dieser Zeit wird ein großer Betrag eines Polymers 28 erzeugt und an dem belichteten Teil des Photoresistmusters 26 und dessen darunter liegenden Schichten befestigt.
Dieser Ätzprozess nutzt als Hauptätzgas ein gemischtes Gas aus Argongas, CxFy-Gas und CxFyHz-Gas (x, y und z sind dabei 1 bis 10), z. B. CH₃F, CHF₃ oder CH₂F₂, welches geeignet ist, um Polymer zu erzeugen. Ein Sauerstoffgas kann dem Hauptätzgas zugefügt werden, um die Erzeugung des Polymers 28 zu unterstützen.
Als ein Ergebnis des obigen Ätzprozesses wird ein offener Bereich 29 als ein oberer Teil der Fläche, welche zu beschichten ist, gebildet.
Entsprechend einer detaillierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ätzprozess unter Ätzbedingungen ausgeführt, d.h. einer Substrattemperatur von 20°C bis 100°C, einem Druck von 20 bis 200 mTorr, einer Leistung von 800 bis 1500 W, Argongas von 100 bis 1000 sccm, C₄F₆-Gas von 5 bis 100 sccm, O₂-Gas von 2 bis 20 sccm und CH₂F₂-Gas von 2 bis 20 sccm.
Es ist mehr vorzuziehen, den Ätzprozess unter optimierten Ätzbedingungen durchzuführen, d.h. einer Substrattemperatur von 40°C, einem Druck von 70 mTorr, einer Leistung von 900 W, Argongas von 400 sccm, C₄F₆-Gas von 10 sccm, O₂-Gas von 4 sccm und CH₂F₂-Gas von 3 sccm.
Nachfolgend, wie in 2D dargestellt, wird ein Kontaktloch 30 durch Ätzen der dielektrischen Zwischenschichtbeschichtung 24' gebildet, welche in der Fläche, welche als Kontakt dienen soll, platziert ist, gezeigt in 2C, bei einer Substrattemperatur von 20°C bis 100°C, durch Nutzen des Photoresistmusters 26 und des Polymers 28 als Ätzmaske. In diesem Ätzprozess wird CxFy- und Argongas als Hauptätzgas genutzt und Sauerstoffgas wird hinzugefügt, der Reproduzierbarkeit des Ätzprozesses wegen.
Entsprechend einer detaillierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ätzprozess unter den Ätzbedingungen ausgeführt, d.h. einer Substrattemperatur von 20°C bis 100°C, einem Druck von 20 bis 200 mTorr, einer Leistung von 800 bis 1500 W, Argongas von 100 bis 1000 sccm, C₄F₆-Gas von 5 bis 100 sccm und O₂-Gas von 2 bis 20 sccm.
Es ist mehr vorzuziehen, den Ätzprozess unter optimierten Ätzbedingungen durchzuführen, d.h. eine Substrattemperatur von 40°C, einem Druck von 70 mTorr, einer Leistung von 900 W, Argongas von 400 sccm, C₄F₆-Gas von 10 sccm und O₂-Gas von 4 sccm.
Wie in 2E gezeigt wird, wird die Nitridschicht 23 in der Fläche, die als Kontaktfläche dienen soll, durch bekannte Herstellprozesse einer Halbleitereinrichtung entfernt, und dann wird dieser Vorgang zum Bilden eines Kontaktloches nach Ausführen eines Reinigungsprozesses für das herzustellende Produkt vollendet.
Wie oben beschrieben, beinhaltet der Bildungsprozess für das Kontaktloch entsprechend der vorliegenden Erfindung die drei Ätzprozesse, und in jedem Ätzprozess werden die Substrattemperatur und der Betrag des Ätzgases genau justiert, um das Polymer zu erzeugen, welches die umgebenden Bereiche des Photoresistmusters bedeckt, so dass die Verformung des Photoresistmusters und der Verlust der Gate-Elektrode minimiert werden können und es möglich wird, ausreichend einen Kontaktbereich sicherzustellen.
Die drei Ätzprozesse können in einer einzelnen Kammer oder in getrennten Kammern durchgeführt werden.
Das gewünschte Muster, d.h. ein Zielmuster, kann in der vorliegenden Erfindung ein Lochtyp- Muster beinhalten.
Obwohl im Obigen nur der SAC-Ätzprozess zum Bilden des Lötanschlusskontaktes beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auf Ätzprozesse zum Bilden eines Bitleitungskontaktes, einer Bitleitung, einer Metallleitung, einer Gate-Elektrode usw. verwendet werden, welche ein feines Muster erfordern.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf einzelne Ausführungsformen beschrieben wurde, wird für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Inhalt und Umfang der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert werden, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Bilden eines feinen Musters einer Halbleitereinrichtung, welches die Schritte aufweist: (a) Bereitstellen eines Halbleitersubstrates; (b) sequenzielles Bilden einer Ätzzielschicht, einer Antireflexschicht und eines Photoresistfilmes auf dem Halbleitersubstrat, photolithographisches Strukturieren des Photoresistfilmes zur Bildung eines Photoresistmusters unter Einsatz eines ArF-Lasers als Belichtungsquelle; (c) Plasma-Ätzen der Antireflexschicht und eines Teiles der Ätzzielschicht, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, bei einer ersten Substrattemperatur mit auf Fluor basierendem Gas und Argongas, indem das Photoresistmuster als eine Ätzmaske genutzt wird; (d) Plasma-Ätzen des verbleibenden Teils der Ätzzielschicht, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, bei einer zweiten Substrattemperatur, welche höher als die erste Substrattemperatur ist, mit auf Fluor basierendem Gas und Argongas; und (e) Entfernen der Antireflexschicht und des Photoresistmusters.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Substrattemperatur im Bereich von -40°C bis 10°C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Substrattemperatur in einem Bereich von 20°C bis 100°C ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) die Schritte enthält: (d1) Plasma-Ätzen eines Teils des verbleibenden Teils, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, durch Verwenden des Photoresistmusters als eine Ätzmaske, wobei durch das Plasmagemisch ein Polymer erzeugt wird, welches sich auf der Oberfläche des Photoresistmusters ablagert; und (d2) Plasma-Ätzen eines Teils des verbleibenden Teils, an dem das Photoresistmuster einen resistfreien Bereich aufweist, indem das Photoresistmuster und das Polymer als eine Ätzmaske benutzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Photoresistfilm aus Cycloolefin-Maleinsäureanhydrid, einem Acrylat oder deren Kombination besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, welches nach dem Schritt (b) ferner den Schritt des Härtens des Photoresistmusters aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Härtens des Photoresistmusters eine Elektronenstrahlbestrahlung oder eine Argon-Ionenimplantation nutzt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt (c) ein gemischtes Gas aus Argon und CxFy als ein Ätzgas nutzt, wobei x und y zwischen 1 und 10 liegen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt (c) bei einer Substrattemperatur von -40°C bis 10°C mit Argongas von 50 bis 500 sccm, CxFy-Gas von 50 bis 200 sccm, Sauerstoffgas von 10 bis 50 sccm und CO-Gas von 10 bis 50 sccm durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt (c) ferner einen anderen Ätzschritt beinhaltet, welcher bei einer Substrattemperatur von -40°C bis 10°C mit CxFy-Gas von 50 bis 200 sccm und Sauerstoffgas von 1 bis 10 sccm durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt (c) in zwei fortlaufenden Ätzschritten durchgeführt wird, einem ersten Schritt bei einer Substrattemperatur von 10°C, Argongas von 150 sccm, CF₄-Gas von 80 sccm, Sauerstoffgas von 20 sccm und CO-Gas von 20 sccm und einem zweiten Schritt bei einer Substrattemperatur von 10°C, CF₄-Gas von 100 sccm und Sauerstoffgas von 3 sccm.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt (d1) gemischtes Gas aus Argon, CxFy und CxFyHz als Ätzgas nutzt, wobei x, y und z zwischen 1 und 10 liegen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt (d1) bei einer Substrattemperatur von 20°C bis 100°C mit Argongas von 100 bis 1000 sccm, CxFy-Gas von 5 bis 100 sccm, Sauerstoffgas von 2 bis 20 sccm und CxHyFz-Gas von 2 bis 20 sccm ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt (d1) bei einer Substrattemperatur von 40°C mit Argongas von 400 sccm, C₄F₆-Gas von 10 sccm, Sauerstoffgas von 4 sccm und CH₂F₂-GAs von 3 sccm ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt (d2) bei einer Substrattemperatur von 20°C bis 100°C mit Argongas von 100 bis 1000 sccm, CxFy-Gas von 5 bis 100 sccm und Sauerstoffgas von 2 bis 20 sccm ausgeführt wird, wobei x und y zwischen 1 und 10 liegen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt (d2) bei einer Substrattemperatur von 40°C mit Argongas von 400 sccm, C₄F₆-Gas von 10 sccm und Sauerstoffgas von 4 sccm ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (c) und (d) in einer einzelnen Kammer ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (c) und (d) in getrennten Kammern ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das feine Muster ein Muster eines Lochtyps beinhaltet.