DE3234066A1

DE3234066A1 - Verfahren zur bildung eines musters aus einem duennen film mit metallischem glanz auf einem substrat

Info

Publication number: DE3234066A1
Application number: DE19823234066
Authority: DE
Inventors: Yutaka Yokohama Kamata; Tsunehisa Koganei Tokyo Ueno
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1983-03-31
Also published as: JPS5846635A; GB2108756A; GB2108756B

Description

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TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA Kawasaki-shi / JAPAN
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Verfahren zur Bildung eines Musters auf einem dünnen Film mit metallischem Glanz auf einem Substrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Musters aus einem dünnen Film, das einen metallischen Glanz hat, auf einem Substrat, insbesondere einem Halbleitersubstrat.

Ein typisches derartiges Verfahren ist bekannt für die Bildung eines Musters einer Aluminiumleitungsverbindungsschicht auf einem Substrat mit integrierter Schaltung. Dieses Verfahren weist eine Reihe von Schritten auf, wie sie in der Figur 1 dargestellt sind. Die Figur 3 zeigt, daß nach Ablagerung eines Aluminiumfilms 3 auf der Oberfläche eines Oxidfilms 2 auf einem Halbleiter Plättchen 1 ein positiver Photowiderstand aufgebracht und vorgebrannt wird, damit ein Photowiderstandsfilm 4 entsteht. Nach Ausrichten einer Photomaske 5 in einer bestimmten Position zum Photowiderstandsfilm 4 wird der Photowiderstandsfilm 4 mit ultraviolettstrahlung 6 durch die Photomaske 5 bestrahlt. Die belichteten Teile des Photowiderstandsfilms 4 werden durch Ätzen entfernt., so daß ein Photowiderstandsmuster entsteht.

Der Aluminiumablagerungsfilm 3 wird unter Verwendung des Photowiderstandsmusters als Maske selektiv geätzt, so daß das Aluminiummuster entsteht. Schließlich wird dann das Photowiderstandsmuster beseitigt.

Der abgelagerte Aluminiumfilm 3 hat jedoch einen metallischen Glanz und eine hohe Reflexionsfähigkeit. Wenn nun

der abgelagerte Aluminiumfilm 3 eine Stufe 31 aufweist, werden durch diese Stufe 31 die Ultraviolettstrahlen reflektiert, und es treten reflektierte Strahlen 61 auf, die parallel zum Photowiderstandsfilm 4 verlaufen. Die reflektierten Strahlen 61 belichten einen Teil des Photowiderstandsmusters, der der Strahlung nicht ausgesetzt werden sollte, was dazu führt, daß ein nicht korrektes Photowiderstandsmuster entsteht. Wenn der abgelagerte Aluminiumfilm 3 bei Verwendung eines solchen nicht korrekten Photowider-Standsmusters als Maske geätzt wird, ist die Kante 33 einer Aluminiumleitungsverbindung 32, die nahe der Stufe 31 liegt, gegenüber der korrekten Musterkante unregelmäßig zurückversetzt, was in der Figur 4 gegenüber der strichpunktierten Linie angedeutet ist. Bei starker Ausprägung dieses Phänomens kann KurzSchlußbildung oder Unterbrechung 34 entstehen. Die Zuverlässigkeit der integrierten Schaltungen ist dadurch herabgesetzt'oder die integrierten Schaltungen können nicht einwandfrei funkionieren.

Wenn ein negativer Photowiderstand verwendet wird, dann erzeugen die vom Aluminiumablagerungsfilm, der eine hohe Reflexionsfähigkeit besitzt, reflektierten Strahlen starke stehende Wellen mit den einfallenden ultravioletten Strahlen. Wenn dies geschieht, werden ungleichförmige Photosensorbedingungen zwischen einer starken photosensitiven Schicht und einer schwachen photosensitiven Schicht aufgebaut. Dies führt dazu, daß während des Entwickeins der Photowiderstandsfilm sich ablöst und aufrollt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung eines Musters aus einem dünnen Film, der einen metallischen Glanz hat, auf einem Substrat zu bilden, bei dem die bei bisher üblichen Verfahren auftretenden Probleme der inkorrekten Bildung des Photowiderstandsmusters, welches auf ultraviolette Strahlung empfindlich reagiert, nicht auftreten, die durch von dem dünnen Film reflektier-

tes Licht oder durch stehende Wellen bedingt sind.

Die Lösung der Aufgabe geschieht durch ein Verfahren zur Bildung eines Musters aus einem dünnen Film, der einen Metallglanz hat, gekennzeichnet durch folgende Schritte: auf der Oberfläche eines Substrates wird ein dünner Film mit metallischem Glanz ausgebildet;

auf dem dünnen Film wird durch Hochfrequenzgliiranentladung eine plasmaunterstützte CVD-Siliziumnitridschicht unter Verwendung eines Ammonium oder Monosilan enthaltenden Gases ausgebildet, wobei das Mischungsverhältnis von Ammonium zu Monosilan so eingestellt wird, daß die Siliziumnitridschicht ultraviolette oder kurzwellige ultraviolette Strahlung nicht hindurchläßt;

es wird eine auf die ultraviolette oder kurzwellige ultraviolette Strahlung empfindliche Photowiderstandsschicht auf der Siliziumnitridschicht gebildet;

die Photowiderstandsschicht wird mit der ultravioletten oder kurzwellig ultravioletten Strahlung selektiv belichtet und zur Bildung eines Musters der Photowiderstandsschicht geätzt;

die Siliziumnitridschicht wird unter Verwendung des Photowiderstandsschichtsmusters als Maske geätzt, wodurch ein Muster der Siliziumnitridschicht entsteht; unter Verwendung des Musters aus der Siliziumnitridschicht als Maske wird der dünne Film mit metallischem Glanz geätzt, um das Dünnfilininuster herzustellen.

Die Zeichnung ?:eigt im einzelnen:
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Fig 1 ein Flußdiagramm eines üblichen Ver

fahrens zur Bildung eines Musters von Aluminiumleitungsverbindungen;

Fig. 2A das Flußdiagramm eines solchen Ver

fahrens in einer ersten Ausfüh-

rungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2B das Flußdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; 5

Fig. 3 eine Schnittdarstellung, mit der

die Wirkung einer Stufe bei dem herkömmlichen Verfahren nach Fig. 1 dargestellt ist;
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Fig. 4 eine Draufsicht auf das durch das

herkömmliche Verfahren erzielte Aluminiumleitungsverbindungsmuster;

Fig. 5 eine Schnittdarstellung an der Stel

le einer Stufe während eines erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes;

Fig. 6 eine Draufsicht auf das mit dem er

findungsgemäßen Verfahren erhaltene AluminiumleitungsVerbindungsmuster; und

Fig. 7 ein Diagramm, in dem die kleinste

Übertragungswellenlänge in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis des Gases zur Bildung des plasmaunterstützten CVD-Siliziumnitridfilms dargestellt ist.

Gemäß der Erfindung ist ein plasmaunterstützter CVD-Siliziumnitridf ilm auch als durch Glimmentladung niedergeschlagener Siliziumnitridfilm zu bezeichnen. Dieser Film wird durch chemische Dampfniederschlagsreaktion gewonnen, welche durch eine Hochfrequenzglimmentladung unterstützt wird.

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Der plasmaunterstütze CVD-Siliziumnitridfilm läßt, abhängig von der Wellenlänge der Strahlung, ultraviolette Strahlen und kurzwellige ultraviolette Strahlen passieren oder nicht passieren. Festzuhalten ist, daß der Umfang der Wellenlängen der Strahlung, die durch den Film hindurchtreten kann, abhängig von der Zusammensetzung des für die Bildung des Films verwendeten Gases unterschiedlich ist. Genauer gesagt wird ein Siliziumnitridfilm, der für die Belichtung eines Photowiderstandsfilms Lichtstrahlen nicht hindurchtreten läßt, zwischen dem Photowiderstandsfilm und einem dünnen Film, der einen metallischen' Glanz besitzt, wie etwa einer abgelagerten Aluminiumfilmschicht, gebildet. Bei diesem Aufbau werden Lichtstrahlen, die durch den Photowiderstandsfilm hindurchgelangen, vom Siliziumnitridfilm absorbiert, so daß durch den abgelagerten Aluminiumfilm keine reflektierten Lichtstrahlen oder stehenden Wellen entstehen können.

Ein plasmaunterstützter CVD-Siliziumnitridfilm kann z. B.

bei einer Temperatur von 370 ⁰C, einer Frequenz von 50 Hz 500 W und einem Druck von 0,2 Torr unter Verwendung einer Gasmischung aus SiH₄-NH₃-Ar oder SiH₄-NH₃-N₃ abgelagert werden. Gemäß Darstellung der Fig. 7 werden bei einem Mischungsverhältnis von NH₃/SiH, von 10 : 1 kurzwellige Ultraviolettstrahlungen von 220 nm oder darunter nicht mehr durchgelassen. Beträgt das Mischungsverhältnis von NH₃ZSiH₄ 1 : 1, so werden auch Ultraviolettstrahlen mit 450 nm Wellenlänge nicht durchgelassen. Wenn der plasmaunterstützte CVD-Siliziuroni-*rridfilm zwischen dem Photowiderstandsfilm und dem Aluminiumfilm aus einer Gasmischung NH₃ZSiH₄ bei einem ausgewählten Mischungsverhältnis abgelagert worden ist, dann können die vom Photowiderstandsfilm durchgelassenen Lichtstrahlen die abgelagerte Aluminiumfilmschicht nicht in unzulässiger Menge erreichen.

Ein Beispiel der Erfindung wird nun beschrieben, wobei die Erfindung bei der Bildung eines Leitungsverbindungsmusters einer integrierten Schaltung eingesetzt wird. Die Beschreibung erfolgt anhand des Flußdiagramms der Figur 2A und der Schnittdarstellung der Figur 5.

Im ersten Schritt der Ablagerung von Aluminium wird für die Bildung eines Leitungsmusters ein Aluminiumfilm 3 auf einem Siliziumplättchen 1 gebildet, in dem bereits eine Diffusionsschicht (nicht gezeigt) gebildet ist, und auf dem sich ein Oxidfilm 2 aus einer frühereren Herstellungsstufe befindet. Ein Siliziumnitridfilm 7 wird in einer Stärke von etwa 3000 Ä auf dem abgelagerten Aluminiumfilm 3 durch Plasma-CVD-Ablagerung erzeugt. Von den Ablagerungsbedingungen ist das Mischungsverhältnis von Monosilan (SiH.) zu Ammonium (NH,) wichtig. Bei diesem Beispiel ist ein positiver Photowiderstand verwendet. Um die Lichtstrahlen von 450 nm Wellenlänge oder weniger, für die der Photowiderstand empfindlich ist, vollständig zu absorbieren, wird das Mischungsverhältnis von NH-VSiH. zu 1 : 1 gewählt. Die Strömungsmenge von SiHa ist 120 cm³/min, die Strömungsmenge von NH^ ist 120 cm³/min und die Strömungsmenge von N2 beträgt 1000 cm³/min. Das Mischungsverhältnis von NH₃/SiH₄ beträgt 1,7 : 1, damit 50 % der Lichtstrahlen mit 450 nm Wellenlänge oder darunter absorbiert wird.

Da die Beziehung zwischen der untersten durchlässigen Wellenlänge und dem NH₃/SiH₄~Verhältnis sich vom Plasma CVD-Apparat, veränderten Ablagerungsbedingungen und dergleichen ändert, ist das Mischungsverhältnis von NH₃ZSiH₄ nicht notwendigerweise auf den vorstehend beschriebenen Wert festgelegt. Optimale Ablagerungsbedingungen für unterschiedliche Photowiderstände können gewählt werden. Z. B. wird das Mischungsverhältnis von NH₃ZSiH₄ zu 2,5 : 1 gewählt, wenn ein Photowiderstand verwendet wird, der auf Lichtstrahlen im Bereich von 200 bis 300 nm Wellenlänge empfindlich reagiert, wie beispielsweise Polymethylisoprope-

nylketon.

Nachdem der plasmaunterstützte CVD-Siliziumnitridfilm 7, der für die Belichtung verwendetes Licht nicht durchläßt, abgelagert ist, wird ein handelsüblicher positiver Photowiderstand darübergeschichtet und zur Bildung eines Photowiderstandsfilms 4 vorgebrannt. Nach der Ausrichtung eines Musters aus einer Photomaske 5 gegenüber dem Siliziumplättchen 1 erfolgt die Belichtung durch eine Quecksilberdampfhochspannungslampe.

Gemäß der Erfindung wird das vom Photowiderstandsfilm 4 durchgelassene Licht für die Belichtung 6 durch den SiIiziumnitridfilm 7 absorbiert, der mit einem Gas von vorbestimmtem Mischungsverhältnis hergestellt worden ist, und erreicht die Oberfläche des abgelagerten Aluminiumfilms 3 nicht. Auch wenn der Film 7 nur 50 % des einfallenden Lichtes absorbieren kann, wird der Restanteil, der in den Film 7 von der Aluminiumfilmschicht 3 zurückreflektiert wird, absorbiert, so daß die Strahlung dann durch den Film 7 vollständig absorbiert worden ist, bevor reflektierte Strahlung den Photowiderstandsfilm 4 erreicht. Somit gibt es keine reflektierten Lichtstrahlen 61 an einer schrägen Stufe 31, wie dies beim herkömmlichen Verfahren gemäß Dar-Stellung der Figur 3 auftritt, so daß der Photowiderstandsfilm nicht nachteilig beeinflußt wird.

Nach der Belichtung erfolgt die Entwicklung und das Einbrennen wie bei herkömmlichen Verfahren, so daß das gewünschte Photowiderstandsmuster entsteht. Unter Verwendung des Photowiderstandsmusters als Maske wird der plasmaunterstützte CVD-Siliziumnitridfilm 7 in einem chemischen Trokkenätzverfahren geätzt, und das Photowiderstandsmuster wird durch das bekannte Sauerstoffp.lasmaverfahren beseitigt.

Mit Hilfe des Siliziumnitridmusters als Maske wird der abgelagerte Aluminiumfilm 3 mit Phosphorsäure geätzt. Das Si-

liziumnitridinuster, das auf dem abgelagerten Aluminiumfilm verblieben ist, wird durch ein chemisches Trockenätzverfahren entfernt, so daß schließlich das Aluminiumleitungsverb indungsmuster übrig bleibt. Die beschriebene Kombination der Ätzstufen und Beseitungsschritte sowie die Reihenfolge der Schritte ist nur beispielsweise zu verstehen. Gleiche Wirkungen lassen sich durch reaktive Ionenätzung erzielen.

Die Draufsicht der Figur 6 auf das in der beschriebenen Weise hergestellte Aluminiumleitungsverbindungsmuster zeigt im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren mit dem Ergebnis gemäß Figur 4, daß weder Kurzschlüsse noch Unterbrechungen durch vom Aluminiumfilm reflektiertes Licht oder durch stehende Wellen auftreten. Das Ablösen und Aufrollen des Photowiderstandsfilms ist verhindert, so daß die Zuverlässigkeit der integrierten Schaltungen verbessert ist.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur bei Aluminiumleitungsverbindungsschichten sondern auch bei anderen dünnen Filmschichten mit metallischem Glanz eingesetzt werden kann. Derartige andere dünne Filme sind z. B. polykristallines Silizium, Molybdänsilizid, Wolfram, Wolframsilizid und Molybdän.

Bei dem beschriebenen Beispiel wird nach der Bildung des Siliziumnitridmusters das Photowiderstandsmuster entfernt. Das Photowiderstandsmuster kann auch durch ein Verfahren gemäß Figur 2B beseitigt werden. D.h., das auf dem Siliziumnitridmuster verbliebene Photowiderstandsmuster wird als Maske zur Bildung eines Musters des Aluminiumfilms durch Ätzen des Aluminiumfilms verwendet, woran sich dann die Beseitigung des Photowiderstandsmusters anschließt. Es ist auch möglich, das Siliziumnitridmuster auf dem Aluminiummuster zu belassen, so daß das Siliziumnitridmuster dann in dem fertigen Halbleiterchip enthalten bleibt.

Claims

37 498 TOKYO SHIBAURA. DENKI KABUSHIKI KAISHA Kawasaki-shi / JAPAN 5 Verfahren zur Bildung eines Musters aus einem dünnen Film mit metallischem Glanz auf einem Substrat Patentansprüche

1. Verfahren zur Bildung eines Musters aus einem dünnen

Film, der einen Metallglanz hat,

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

auf der Oberfläche eines Substrates (1) wird ein dünner Film (3) mit metallischem Glanz ausgebildet; auf dem dünnen Film wird durch Hochfrequenzglimmentladung eine plasmaunterstützte CVD-Siliziumnitridschicht (7) unter Verwendung eines Ammonium und Monosilan enthaltenden Gases ausgebildet, wobei das Mischungsverhältnis von Ammonium zu Monosilan so eingestellt wird, daß die Siliziumnitrid·- Schicht ultraviolette oder kurzwellige ultraviolette Strahlung nicht hindurchläßt;

es wird eine auf die ultraviolette oder kurzwellige ultraviolette Strahlung empfindliche PhotowiderStandsschicht (4) auf der Siliziumnitridschicht (7) gebildet; die Photowiderstandsschicht (4) wird mit der ultravioletten oder kurzwellig ultravioletten Strahlung selektiv belichtet und zur Bildung eines Musters der Photowiderstandsschicht geätzt;
die Siliziumnitridschicht (7) wird unter Verwendung des Photowiderstandsschichtsmusters als Maske geätzt, wodurch ein

Muster der Siliziumnitridschicht (7) entsteht; unter Verwendung des Musters aus der Siliziumnitridschicht (7) als Maske wird der dünne Film (3) mit metallischem Glanz geätzt, um das Dünnfilmmuster (32) herzustellen. 5

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus der Photowiderstandsschicht (4) entfernt wird, nachdem das Muster aus der Siliziurnnitridschicht (7) gebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus der Siliziumnitridschicht (7) entfernt wird, nachdem das Muster aus dem dünnen Film gebildet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des dünnen Films (32) mit metallischem Glanz durch Verwenden des Photowiderstandsmusters auf dem Siliziumnitridmuster als Maske gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach Bildung des dünnen Filmmusters (32) mit metallischem Glanz das Photowiderstandsmuster entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, . daß das Siliziumnitridmuster auf dem dünnen Filmmuster

(32) mit metallischem Glanz verbleibt und im Fertigprodukt

enthalten ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Film mit metallischem Glanz aus Aluminium, polykristallinem Silizium, Molybdän, Wolfram, Wolframsilizid oder Molybdänsilxzxd besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Halbleitersubstrat ist.