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Dokumentenidentifikation DE10324050A1 30.12.2004
Titel Schichtstapel und Verfahren zur Herstellung eines Schichtstapels
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Kunkel, Gerhard, Dr., 01445 Radebeul, DE;
Goldbach, Matthias, Dr., 01099 Dresden, DE;
Förster, Matthias, 01099 Dresden, DE
Vertreter Epping Hermann Fischer, Patentanwaltsgesellschaft mbH, 80339 München
DE-Anmeldedatum 27.05.2003
DE-Aktenzeichen 10324050
Offenlegungstag 30.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.12.2004
IPC-Hauptklasse H01L 21/31
IPC-Nebenklasse B81B 1/00   G03F 1/00   G03F 1/08   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schichtstapel auf einem Substrat (1) aus einer auf dem Substrat (1) aufgebrachten reflexionsvermindernden Schicht (5) und einer auf der reflexionsvermindernden Schicht (5) aufgebrachten Photoresist-Schicht (4).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die reflexionsvermindernde Schicht (5) aus einem halbleitenden oder isolierenden Grundmaterial hergestellt und weist Unterstrukturen (8) mit Zwischenräumen (9) zwischen den Unterstrukturen (8) auf, wobei die Zwischenräume (9) mit dem Photoresistmaterial aufgefüllt sind und der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht (5) zwischen dem des Grundmaterials und des Photoresistmaterials liegt. Da eine typische Strukturgröße der Unterstrukturen (8) wesentlich kleiner als die Wellenlänge des die Photoresist-Schicht belichtenden Lichts ist, ergibt sich der effektive Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht aus dem Volumenmittel der Brechungsindizes des Grundmaterials und des Photoresistmaterials. Ebenso ergibt sich der effektive Absorptionskoeffizient der reflexionsvermindernden Schicht aus dem Volumenmittel der Absorptionskoeffizienten des Grundmaterials und des Photoresistmaterials.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtstapels.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schichtstapel auf einem Substrat aus einer auf dem Substrat aufgebrachten reflexionsvermindernden Schicht und einer auf der reflexionsvermindernden Schicht aufgebrachten Photoresist-Schicht.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schichtstapels.

Um hochauflösende Strukturen lithographisch zu erzeugen, wird in der Regel eine ARC-("Anti-Reflective-Coating")-Schicht verwendet. Diese Schicht wird üblicherweise auf der photolithographisch zu strukturierenden Schicht, die meistens eine Hartmaskenschicht ist, aufgebracht und hat einen Brechungsindex zwischen dem der darunterliegenden Schicht und dem des verwendeten Photoresistmaterials. Die ARC-Schicht kann organisch oder anorganisch sein.

Mit der üblicherweise verwendeten ARC-Schicht ist einerseits der Nachteil verbunden, daß ihr Reflexionsvermögen stark von ihrer Schichtdicke abhängig ist. Entsprechend muß, um ein gewünschtes Reflexionsvermögen einzustellen, ihre Schichtdicke exakt eingehalten werden. Die 2 und 3 veranschaulichen die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens der Photoresistschicht von der Dicke der ARC-Schicht. In 2 hat die ARC-Schicht einen Absorptionskoeffizienten von 0,2, während sie in 3 einen Absorptionskoeffizienten von 0,55 hat. Wie deutlich zu sehen ist, hängt das Reflexionsvermögen nicht nur von der Dicke der Photoresistschicht sondern auch ganz entscheidend von der Dicke der ARC-Schicht ab.

Insbesondere ist, wie in den 2 und 3 gezeigt ist, das Reflexionsvermögen um so kleiner, je größer die Schichtdicke ist. Entsprechend muß, um ein möglichst kleines Reflexionsvermögen zu erzielen, eine möglichst große Schichtdicke der RRC-Schicht ausgewählt werden. Eine große Schichtdicke der ARC-Schicht ist aber mit Nachteilen verbunden, insbesondere, da nach Belichtung und Entwicklung der Photoresistschicht auch die ARC-Schicht geätzt werden muß. Dieser Ätzschritt ist meist nicht sehr selektiv zu dem verwendeten Lack und erschwert somit eine Kontrolle der Breite von Strukturen mit minimaler Strukturgröße und verbraucht zusätzlich ein Lack-Budget, so daß als Folge die Dicke der Photoresistschicht erhöht werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schichtstapel mit einer verbesserten reflexionsvermindernden Schicht sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schichtstapels bereitzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Schichtstapel auf einem Substrat gemäß Anspruch 1 aus

  • – einer auf dem Substrat aufgebrachten reflexionsvermindernden Schicht, und
  • – einer auf der reflexionsvermindernden Schicht aufgebrachten Photoresist-Schicht, wobei

    die reflexionsvermindernde Schicht aus einem halbleitenden oder isolierenden Grundmaterial hergestellt ist und Unterstrukturen mit einer mittleren Höhe h, einer mittleren Breite b sowie einem mittleren Abstand s aufweist, wobei die Zwischenräume zwischen den Unterstrukturen mit dem Photoresistmaterial aufgefüllt sind und der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht zwischen dem des Grundmaterials und des Photoresist-Materials liegt.

Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 13 auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtstapels mit den Schritten:

  • – Bereitstellen eines Substrats;
  • – Aufbringen einer reflexionsvermindernden Schicht aus einem halbleitenden oder isolierenden Material mit Unterstrukturen, die eine mittlere Höhe h, eine mittlere Breite b sowie einen mittleren Abstand s aufweisen, auf dem Substrat, und
  • – Aufbringen eines Photoresistmaterials auf der halbleitenden oder isolierenden Schicht, so daß die Zwischenräume zwischen den Unterstrukturen mit dem Photoresistmaterial aufgefüllt werden und der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht einen Wert zwischen dem des Grundmaterials und des Photoresist-Materials annimmt.

Das Reflexionsvermögen der Photoresistschicht kann in hohem Maße reduziert werden, wenn zwischen dem Photoresistmaterial und der darunterliegenden Schicht eine reflexionsvermindernde Schicht angeordnet wird, deren Brechungsindex zwischen dem der Photoresistschicht und dem der darunterliegenden Schicht liegt. Wie die Erfinder der vorliegenden Erfindung überraschenderweise herausfanden, kann dies realisiert werden, indem die reflexionsvermindernde Schicht eine Unterstrukturierung erhält und die Zwischenräume zwischen den Unterstrukturen mit dem Photoresistmaterial gefüllt werden, so daß der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht zwischen dem des Grundmaterials der reflexionsvermindernden Schicht und des Photoresist-Materials liegt.

Die Bildung der Unterstrukturen kann dabei geordnet, das heißt in einem selbstorganisierenden Prozeß, oder aber auch ungeordnet erfolgen.

Dabei ist insbesondere bevorzugt, daß eine typische Strukturgröße der Unterstrukturen, das heißt, ihre mittlere Höhe und Breite sehr klein gegenüber der halben Wellenlänge des die Photoresistschicht belichtenden Lichts ist, wie in den abhängigen Ansprüchen 3, 4, 15 und 16 definiert. In diesem Fall spricht man von einer sublithographisch strukturierten Schicht. Bei derartig kleinen Strukturen bestimmt sich der effektive Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht aus dem Volumenmittel des Grundmaterials der reflexionsvermindernden Schicht und dem Photoresistmaterial in den Zwischenräumen zwischen den Unterstrukturen, so daß sich über das Verhältnis zwischen mit Grundmaterial ausgefülltem Volumen und mit Photoresistmaterial ausgefülltem Volumen der effektive Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht auf einen gewünschten Wert einstellen läßt. Überdies läßt sich in ähnlicher Weise der Absorptionskoeffizient der ARC-Schicht über das Verhältnis zwischen mit Grundmaterial ausgefülltem Volumen und mit Photoresistmaterial ausgefülltem volumen einstellen.

Ferner ist bevorzugt, daß das Aspektverhältnis der Unterstrukturen, das heißt das Verhältnis von Höhe zu Zwischenraum zwischen zwei Unterstrukturen einen Wert von 1 bis 6 annimmt, wie in den Ansprüchen 5 und 17 definiert. Werte um 3, das heißt von 2,5 bis 3,5 sind dabei optimal.

Wie die Erfinder überraschenderweise herausfanden, kann somit bei Verwendung einer sublithographisch strukturierten Schicht auf eine üblicherweise verwendete ARC-Schicht verzichtet werden, da die sublithographische Schicht zusammen mit dem dazwischen liegenden Photoresistmaterial selbst die nichtreflektierenden Eigenschaften der ARC-Schicht aufweist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat ein Schichtträger mit keiner, einer oder mehreren darauf aufgebrachten Schichten. Genauer gesagt, kann die reflexionsvermindernde Schicht 5 direkt auf dem Halbleiterwafer oder beispielsweise auf einer Hartmaskenschicht, die üblicherweise zur Strukturierung der darunterliegenden Schichten verwendet wird, aufgebracht werden.

Die reflexionsvermindernde Schicht kann beispielsweise als eine poröse Schicht realisiert sein. Sie kann aber auch eine Schicht mit einer aufgerauhten Oberfläche sein, beispielsweise eine, die eine HSG-Struktur ("hemispherical-like grain", halbkugelartig) aufweist.

Gemäß einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Grundmaterial der reflexionsvermindernden Schicht Poly-Silizium, SiO2, Si3N4 oder SiON sein.

Dies ist besonders vorteilhaft, weil bei Verwendung einer derartigen reflexionsvermindernden Schicht diese selektiv zu dem verwendeten Photoresistmaterial geätzt werden kann.

Das Grundmaterial kann auch ein kohlenstoffhaltiges Material sein, insbesondere eines, das durch Abscheiden beziehungsweise Aufdampfen von Kohlenstoff gewonnen wird. Durch Abscheiden bzw. Aufdampfen wird üblicherweise eine Schicht aus einem Graphit-Diamant-Gemisch, welches Halbleitereigenschaften aufweist, gebildet. Eine derartige kohlenstoffhaltige Schicht kann insbesondere in einem N2/O2-Plasma geätzt werden. In diesem Fall ist das zu verwendende Photoresistmaterial entsprechend auszuwählen, um eine Selektivität des Ätzverfahrens sicherzustellen.

Ferner ist bevorzugt, daß das Grundmaterial der reflexionsvermindernden Schicht das Material der darunterliegenden Schicht beziehungsweise des darunterliegenden Substrats ist. Dies ist einerseits vorteilhaft, weil in diesem Fall die reflexionsvermindernde Schicht besonders einfach und kostengünstig aufgebracht werden kann, indem beispielsweise dieselbe Abscheidevorrichtung wie bei der darunterliegenden Schicht bzw. dem darunterliegenden Substrat verwendet wird und lediglich die Abscheideparameter geeignet angepaßt werden oder hinterher die homogen abgeschiedene Schicht durch geeignete Verfahren porös gemacht wird.

In diesem Fall liegt, da sich der Brechungsindex aus einem Mittelwert des Brechungsindex der darunterliegenden Schicht beziehungweise des darunterliegenden Substrats und der Photoresistschicht bestimmt, der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht natürlicherweise zwischen den Brechungsindizes von darüber- und darunterliegender Schicht. In gleicher Weise liegt der Absorptionskoeffizient der reflexionsvermindernden Schicht zwischen den Absorptionskoeffizienten von darüber- und darunterliegender Schicht.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß die reflexionsvermindernde Schicht und die darunterliegende Schicht bzw. das darunterliegende Substrat in einem Schritt selektiv zu dem verwendeten Photoresistmaterial geätzt werden können. Damit kann ein weiterer Nachteil des Stands der Technik behoben werden, da herkömmliche ARC-Schichten in einem zusätzlichen Schritt geätzt werden müssen. Entsprechend kann bei Verwendung der erfindungsgemäßen reflexionsvermindernden Schicht die Linienbreitenstabilität besonders einfach gewährleistet werden, und eine Erhöhung der Schichtdicke der Photoresistschicht ist nicht notwendig.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin bevorzugt, daß das Verhältnis eines Volumens, das mit dem Grundmaterial ausgefüllt ist, zu einem Volumen, das mit dem Photoresistmaterial ausgefüllt ist, in der Nähe der unterhalb angrenzenden Schicht oder des unterhalb angrenzenden Substrats größer als in der Nähe der Photoresistschicht ist. Genauer gesagt, weist dieses Verhältnis beziehungsweise der Füllfaktor Idealerweise einen Gradienten auf. Als Folge weist auch der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht einen Gradienten auf und verändert sich kontinuierlich von einem Wert, der weitestgehend dem der unter der reflexionsvermindernden Schicht liegenden Schicht beziehungsweise dem des unter der reflexionsvermindernden Schicht liegenden Substrats entspricht, zu einem Wert, der weitestgehend dem der Photoresistschicht entspricht. Ebenso weist auch der Absorptionskoeffizient der reflexionsvermindernden Schicht einen Gradienten auf und verändert sich kontinuierlich von einem Wert, der weitestgehend dem der unter der reflexionsvermindernden Schicht liegenden Schicht beziehungsweise dem des unter der reflexionsvermindernden Schicht liegenden Substrats entspricht, zu einem Wert, der weitestgehend dem der Photoresistschicht entspricht. In diesem Fall können unerwünschte Reflexionen an der Grenzfläche zwischen reflexionsvermindernder Schicht und der darunterliegenden Schicht beziehungsweise dem darunterliegenden Substrat besonders wirkungsvoll unterdrückt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die reflexionsvermindernde Schicht durch ein poröses Abscheideverfahren hergestellt werden oder aber auch durch ein Verfahren, bei dem die reflexionsvermindernde Schicht durch ein homogenes Abscheideverfahren und einen darauffolgenden Nachbehandlungsschritt wie insbesondere Tempern oder poröses Naß- oder Trockenätzen hergestellt wird. In analoger Weise kann die Oberfläche der reflexionsvermindernden Schicht aufgerauht werden. Beispielsweise durch ein Verfahren zur Abscheidung einer aufgerauhten Oberflächenschicht, beispielsweise zur Abscheidung einer HSG-Schicht oder aber auch zur Abscheidung einer homogenen Schicht, mit nachfolgender Aufrauhung der Oberfläche, beispielsweise durch Tempern oder Naß- oder Trockenätzen.

Bei Verwendung der vorstehend genannten Nachbehandlungsverfahren läßt sich beispielsweise die Porengröße durch Einstellen der Tempertemperatur sowie der Temperdauer oder durch Einstellen der Zusammensetzung des Ätzmittels sowie der Ätzdauer oder aber auch durch sogenanntes Mikromasking einstellen.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

1 einen herkömmlichen Schichtstapel;

2 das Reflexionsvermögen des Photoresistmaterials bei Verwendung einer ersten herkömmlichen ARC-Schicht;

3 das Reflexionsvermögen des Photoresistmaterials bei Verwendung einer zweiten herkömmlichen ARC-Schicht;

4 einen Schichtstapel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

5 eine schematische Darstellung der Unterstrukturen, wenn die reflexionsvermindernde Schicht HSG-Strukturen aufweist;

6 eine Simulation des Reflexionsvermögens des Photoresistmaterials bei Verwendung einer reflexionsvermindernden Schicht im erfindungsgemäßen Schichtstapel;

7 einen schematischen Aufbau einer reflexionsvermindernden Schicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

8 eine Veranschaulichung des ersten Ausführungsbeispiels;

9 eine Veranschaulichung des dritten Ausführungsbeispiels, und

10 eine Veranschaulichung eines weiteren Ausführungsbeispiels.

1 zeigt einen herkömmlichen Schichtstapel, bei dem auf einem Siliziumsubstrat 1 zunächst eine übliche ARC-Schicht 3, beispielsweise eine AR5-Schicht von Shipley mit einem Brechungsindex von 1,43 und einem Absorptionskoeffizienten von 0,2 oder eine AR7-Schicht von Shipley mit einem Brechungsindex von 1,43 und einem Absorptionskoeffizienten von 0,55, jeweils in einer Schichtdicke von 30 bis 100 nm aufgebracht ist. Über der ARC-Schicht ist ein Photoresistmaterial 4, beispielsweise ein M91Y-Material von Shipley mit einem Brechungsindex von 1,78 und einem Absorptionskoeffizienten von ungefähr 0,017 in einer Dicke von 60 bis 300 nm aufgebracht.

2 zeigt nun die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens der Photoresistschicht von der Dicke der Photoresistschicht für verschiedene Dicken der ARC-Schicht AR5 von Shipley mit einem Absorptionskoeffiezienten von 0,55. Wie deutlich zu sehen ist, hängt das Reflexionsvermögen der Photoresistschicht ganz empfindlich von sowohl der Dicke der ARC-Schicht als auch der Dicke der Photoresistschicht ab. Genauer gesagt, müssen die Dicke der ARC-Schicht und der Photoresistschicht sehr präzise eingestellt werden, um ein erwünschtes Reflexionsvermögen der Photoresistschicht zu erreichen. Insbesondere nimmt das Reflexionsvermögen der ARC-Schicht mit zunehmender Schichtdicke ab.

3 zeigt nun die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens der Photoresistschicht von der Dicke der Photoresistschicht für verschiedene Dicken der ARC-Schicht AR7 von Shipley mit einem Absorptionskoeffizienten von 0,55. Hier ist die Abhängigkeit des Reflexionsvermögens der Photoresistschicht von der Schichtdicke der ARC-Schicht nicht ganz so deutlich ausgeprägt, obschon der Absolutwert des Reflexionsvermögens wieder von der Schichtdicke abhängt. Optimale Werte ergeben sich hier beispielsweise bei einer Resist-Schichtdicke von 220 nm und einer ARC-Schichtdicke von 90 nm.

Demgegenüber zeigt 4 einen erfindungsgemäßen Schichtstapel mit einem zu strukturierenden Halbleitersubstrat 1. Je nach verwendetem Prozessierungsverfahren ist das zu strukturierende Halbleitersubstrat 1 ein Siliziumwafer mit gegebenenfalls einer oder mehreren photolithographisch zu strukturierenden Schichten. Auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 ist eine Schicht 2 aus einem Hartmaskenmaterial wie beispielsweise SiO2, Si3N4, SiON oder aber auch einem sogenannten Kohlenstoffhartmaskenmaterial, das heißt einer Diamant-Graphit-Mischung, die durch Abscheiden beziehungsweise Aufdampfen von Kohlenstoff gebildet wird, aufgebracht. Auf der Hartmaskenschicht 2 ist eine reflexionsvermindernde Schicht 5, üblicherweise in einer Dicke von 10 bis 100 nm aufgebracht. Auf der reflexionsvermindernden Schicht 5 befindet sich die Photoresistschicht 3, üblicherweise in einer Dicke von 50 bis 300 nm.

5 zeigt einen schematischen Aufbau der halbkugelartigen Unterstrukturen 8 mit einer mittleren Höhe h, einer mittleren Breite b sowie einem mittleren Abstand s und Zwischenräumen 9 zwischen den Unterstrukturen 8. Das die Photoresistschicht belichtende Licht 10 hat vorzugsweise eine Wellenlänge &lgr;, die deutlich größer als das Doppelte einer typischen Strukturgröße der Unterstrukturen, das heißt, der Größen h und s ist.

In diesem Fall ergibt sich der effektive Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht 5 aus dem Volumenmittel des Grundmaterials und der Photoresistschicht. Ebenso bestimmt sich der Absorptionskoeffiezient der reflexionsvermindernden Schicht 5 aus dem Volumenmittel des Grundmaterials und der Photoresistschicht.

6 zeigt nun eine Simulation des Reflexionsvermögens der Photoresistschicht für verschiedene Photoresistschichtdicken bei Verwendung der erfindungsgemäßen reflexionsvermindernden Schicht 5 in verschiedenen Schichtdicken von 30 bis 100 nm. Wie deutlich zu sehen ist, hängt das Reflexionsvermögen nur sehr schwach von der Dicke der reflexionsvermindernden Schicht 5 ab. Darüber hinaus ist der Maximalwert des Reflexionsvermögens kleiner als bei den 2 und 3.

7 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Verhältnis des Volumens, das mit dem Grundmaterial ausgefüllt ist, zu einem Volumen, das mit dem Photoresistmaterial ausgefüllt ist, räumlich derart variiert, daß das Verhältnis in der Nähe der darunterliegenden Schicht beziehungsweise des Schichtträgers größer als in der Nähe der Photoresistschicht ist. Entsprechend erhält man auch einen räumlich variierenden Brechungsindex, der kontinuierlich von dem Brechungsindex der Photoresistschicht zu dem Brechungsindex des Grundmaterials übergeht. Ebenso weist die reflexiosnvermindernde Schicht auch einen räumlich variierenden Absorptionskoeffizienten auf, der kontinuierlich von dem Absorptionskoeffiezienten der Photoresistschicht zu dem Absorptionskoeffizienten des Grundmaterials übergeht. Die in 7 gezeigten Dreiecke veranschaulichen dabei nicht die Unterstrukturen sondern den jeweils von Grundmaterial und Photoresistmaterial belegten Volumenanteil.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der in 4 gezeigte Schichtstapel hergestellt, indem auf einem üblicherweise verwendeten Halbleiter-Substrat zunächst eine Poly-Silizium-Hartmaske nach bekannten Verfahren in einer üblichen Schichtdicke abgeschieden wird. Anschließend werden Unterstrukturen aus Poly-Silizium gebildet und nachfolgend mit Photoresistmaterial aufgefüllt. Dies erfolgt, indem nach Abscheiden der Poly-Silizium-Hartmaske das Abscheideregime derart verändert wird, daß auf der Oberfläche der Silizium-Hartmaske ein Poly-Siliziumbereich mit einer HSG-Struktur, d.h. eine aufgerauhte Oberflächenstruktur mit halbkugelartigen Körnern (HSG, "hemisperical-like grain") entsteht. Mit Hilfe der Abscheideparameter kann die Dichte, Form und Größe der Körner eingestellt werden. Typische Parameter für die HSG-Abscheidung sind in der Literatur bekannt.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden folgende Parameter gewählt: Abscheidetemperatur = 560°C, Druck = 33,25 Pa (250 mTorr) , Gasfluß (SiH4) = 60 sccm (cm3 pro Minute unter Standard-Bedingungen), Gasfluß (N2) = 180 sccm, Abscheidezeit = 35 min.

Gegenüber dem Standard-Prozeß für die nichtselektive HSG-Abscheidung ist die Temperatur um 10°C erhöht. Für kleinere Körner könnte die Abscheidezeit verkürzt werden. Zur Verbesserung der Gleichförmigkeit von Korngröße oder Korndichte können auch die anderen Parameter variiert werden. Auch kann eine zweistufige HSG-Bildung gewählt werden. Allerdings ist dieses Verfahren mit zusätzlichen Schritten verbunden und somit teurer.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die HSG-Schicht in einer Dicke von ca. 10 bis 100 nm abgeschieden. Genauer gesagt, wird eine Lage HSG-Körner abgeschieden. Diese Schichtdicke ist für eine Belichtungswellenlänge von 193 nm geeignet. 8 zeigt eine Veranschaulichung dieses Abscheideverfahrens, bei dem durch Einwirkung der Reaktionsgase 6 auf dem Substrat 1 eine reflexionsvermindernde Schicht 5 gebildet wird.

Anschließend wird eine Photoresistschicht in üblicher Dicke (60 bis 300 nm) aufgebracht, wobei die Zwischenräume zwischen den Unterstrukturen 8 mit Photoresistmaterial aufgefüllt werden. Anschließend wird die auf der reflexionsvermindernden Schicht 5 gebildete Photoresistschicht 4 nach üblichen Verfahren, beispielsweise mit Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm, belichtet. Bei dem vorliegenden Beispiel liegt die Korngröße bei etwa 100 nm, was noch nicht optimal ist. Bevorzugt sind Korngrößen, die deutlich kleiner als die halbe Wellenlänge des belichtenden Lichts sind.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Material der reflexionsvermindernden Schicht 5 von dem der darunterliegenden Schicht verschieden sein. Beispielsweise kann eine HSG-Schicht Polysilizium auf einer Hartmaskenschicht aus SiO2, Si3N4, SiON, einer Kohlenstoff-Hartmaskenschicht oder einer Hartmaskenschicht aus einem anderen Material abgeschieden werden. Dies kann in einem einstufigen Prozeß oder einem mehrstufigen Prozeß erfolgen. Der mehrstufige Prozeß kann beispielsweise durch homogenes Abscheiden einer amorphen Siliziumschicht und einen darauffolgenden Temperaturschritt zum Umwandeln der amorphen Siliziumschicht in eine HSG-Si-Schicht durchgeführt werden.

Mit einem zusätzlichen Schritt zur Bekeimung der Oberfläche vor Abscheidung der reflexionsvermindernden Schicht sind verschiedenartigste Materialkombinationen denkbar.

Nach Bildung der Unterstrukturen wird wie bei der vorhergehenden Ausführungsform das Photoresistmaterial aufgebracht, so daß die Zwischenräume zwischen den Unterstrukturen aufgefüllt werden. Die darauf gebildete Photoresistschicht 4 wird anschließend nach bekannten Verfahren belichtet und weiterverarbeitet.

Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird auf einem Halbleiter-Substrat zunächst eine Hartmaskenschicht, beispielsweise aus Polysilizium abgeschieden. Anschließend wird zur Bildung der reflexionsvermindernden Schicht 5 amorphes Silizium nach bekannten Verfahren abgeschieden. Durch Anwendung eines sogenannten stain-etch-Verfahrens läßt sich aus der amorphen Siliziumschicht eine poröse Schicht erzeugen. Dazu wird die amorphe Siliziumschicht mit einem HF/HNO3-Gemisch mit einem geringen HNO3-Anteil geätzt. Die Porengröße der sich ergebenden porösen Schicht ist durch das Verhältnis von HF zu HNO3 einstellbar.

Alternativ sind natürlich auch andere Ätzmittel oder Trokkenätzverfahren möglich. Beispielsweise kann die poröse Ätzung beziehungsweise Aufrauhung der Oberfläche auch durch sogenanntes Mikromasking realisiert werden. Bei diesem Verfahren wird beispielsweise Silizium sehr selektiv zu Siliziumdioxid in einem Trockenätzverfahren geätzt. Minimale Sauerstoffverunreinigungen in dem Ätzgasgemisch lagern sich lokal an einzelnen Siliziumatomen an, die daraufhin von den Ätzgasen nicht angegriffen werden. Als Folge bilden sich einzelne Siliziumdioxid-Spitzen auf der Oberfläche, wodurch eine aufgerauhte Oberflächenstruktur beziehungsweise Poren erhalten werden.

9 zeigt eine Veranschaulichung des dritten Ausführungsbeispiels, bei dem das Substrat 1 mit der homogen abgeschiedenen Schicht in einer Ätzvorrichtung 7 unter Bildung von Unterstrukturen 8 geätzt wird.

Als eine Alternative zu dem in 9 veranschaulichten Verfahren ist es auch, wie in 10 dargestellt, möglich, das Substrat nach Abscheiden einer homogenen Schicht einem geeigneten Temperaturbehandlungsschritt in einem Ofen 11 zu unterziehen, so daß die Oberfläche der Schicht 5 geeignete Unterstrukturen 8 aufweist.

Nach Bildung der Unterstrukturen wird wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen das Photoresistmaterial aufgebracht, so daß die Zwischenräume zwischen den Unterstrukturen aufgefüllt werden. Die darauf gebildete Photoresistschicht 4 wird anschließend nach bekannten Verfahren belichtet und weiterverarbeitet.

Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird auf einem Halbleiter-Substrat zunächst eine sogenannte Kohlenstoff-Hartmaskenschicht abgeschieden. Eine derartige Hartmaskenschicht wird nach bekannten Verfahren durch Aufdampfen beziehungsweise Abscheiden von Kohlenstoff gebildet, wobei sich eine Schicht aus einem Graphit-Diamant-Gemisch bildet. Anschließend wird zur Bildung der reflexionsvermindernden Schicht 5 eine derartige Schicht aus einem Graphit-Diamant-Gemisch unter Gasentladung porös abgeschieden. Die Porengröße kann dabei in einfacher Weise durch geeignete Einstellung der Prozeßparameter eingestellt werden. Alternativ ist es natürlich auch möglich, die Schicht zunächst homogen abzuscheiden und anschließend porös zu ätzen, beispielsweise in einem Naßätzverfahren.

Nach Bildung der porösen kohlenstoffhaltigen Schicht wird wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen das Photoresistmaterial aufgebracht, so daß die Zwischenräume zwischen den Unterstrukturen aufgefüllt werden. Die darauf gebildete Photoresistschicht 4 wird anschließend nach bekannten Verfahren belichtet und weiterverarbeitet.

1Halbleitersubstrat 1aSchichtträger 2Hartmaskenschicht 3ARC-Schicht 4Photoresistschicht 5reflexionsvermindernde Schicht 6Reaktionsgas 7Ätzvorrichtung 8Unterstruktur 9Zwischenraum 10Licht 11Ofen

Anspruch[de]
  1. Schichtstapel auf einem Substrat (1), umfassend

    – einer auf dem Substrat (1) aufgebrachten reflexionsvermindernden Schicht (5), und

    – einer auf der reflexionsvermindernden Schicht (5) aufgebrachten Photoresist-Schicht (4), dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) ein halbleitendes oder isolierendes Grundmaterial umfaßt und Unterstrukturen (8) mit einer mittleren Höhe h, einer mittleren Breite b sowie einem mittleren Abstand s und Zwischenräume (9) zwischen den Unterstrukturen (8) aufweist, wobei die Zwischenräume (9) mit dem Photoresistmaterial aufgefüllt sind und der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht (5) zwischen dem des Grundmaterials und des Photoresist-Materials liegt.
  2. Schichtstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein Schichtträger (1a) mit keiner, einer oder mehreren darauf aufgebrachten Schichten ist.
  3. Schichtstapel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Höhe und die mittlere Breite der Unterstrukturen (8) jeweils kleiner als die halbe Wellenlänge des die Photoresistschicht belichtenden Lichts (10) sind.
  4. Schichtstapel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Höhe und die mittlere Breite der Unterstrukturen (8) jeweils kleiner als ein Sechstel der Wellenlänge des die Photoresistschicht (4) belichtenden Lichts (8) sind.
  5. Schichtstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstrukturen (8) folgende Beziehung erfüllen: die Unterstrukturen (8) folgende Beziehung erfüllen: 1 ≤ h/(s-b) ≤ 6.
  6. Schichtstapel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstrukturen (8) folgende Beziehung erfüllen: 2,5 ≤ h/(s-b) ≤ 3,5.
  7. Schichtstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) eine poröse Schicht ist.
  8. Schichtstapel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) eine aufgerauhte Oberfläche aufweist.
  9. Schichtstapel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) eine HSG-Struktur aufweist ("hemispherical like grain", halbkugelartig).
  10. Schichtstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial der reflexionsvermindernden Schicht (5) Poly-Silizium, SiO2, Si3N4, SiON oder ein kohlenstoffhaltiges Material ist.
  11. Schichtstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial das Material der unterhalb angrenzenden Schicht (2) oder des unterhalb angrenzenden Schichtträgers (1a) ist.
  12. Schichtstapel nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis eines Volumens, das mit dem Grundmaterial ausgefüllt ist, zu einem Volumen, das mit dem Photoresistmaterial ausgefüllt ist, in der Nähe der unterhalb angrenzenden Schicht (2) oder des unterhalb angrenzenden Schichtträgers (1a) größer als in der Nähe der Photoresistschicht (4) ist.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Schichtstapels mit den Schritten:

    – Bereitstellen eines Substrats (1);

    – Aufbringen einer reflexionsvermindernden Schicht (5) umfassend ein halbleitendes oder isolierendes Material mit Unterstrukturen (8), die eine mittlere Höhe h, eine mittlere Breite b sowie einen mittleren Abstand s und Zwischenräume (9) zwischen den Unterstrukturen (8) aufweisen, auf dem Substrat;

    – Aufbringen eines Photoresistmaterials auf der halbleitenden oder isolierenden Schicht, so daß die Zwischenräume (9) mit dem Photoresistmaterial aufgefüllt werden und der Brechungsindex der reflexionsvermindernden Schicht (5) einen Wert zwischen dem des Grundmaterials und des Photoresist-Materials annimmt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Bereitstellen des Substrats (1) den Schritt zum Bereitstellen eines Schichtträgers (1a) mit keiner, einer oder mehreren darauf aufgebrachten Schichten umfaßt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Höhe und die mittlere Breite der Unterstrukturen (8) kleiner als die halbe Wellenlänge des die Photoresistschicht (4) belichtenden Lichts (10) ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Höhe und die mittlere Breite der Unterstrukturen kleiner als ein Sechstel der Wellenlänge des die Photoresistschicht (4) belichtenden Lichts (10) ist.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstrukturen (8) folgende Beziehungen erfüllen: 1 ≤ h/(s-b) ≤ 6.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstrukturen (8) folgende Beziehungen erfüllen: 2,5 ≤ h/(s-b) ≤ 3,5.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) porös ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) eine aufgerauhte Oberfläche aufweist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) eine HSG-Struktur aufweist ("hemispherical like grain", halbkugelartig).
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial der reflexionsvermindernden Schicht (5) Poly-Silizium, SiO2, Si3N4, SiON oder ein kohlenstoffhaltiges Material ist.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial das Material der unterhalb angrenzenden Schicht (2) oder des unterhalb angrenzenden Schichtträgers (1a) ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmaterial das Material der unterhalb angrenzenden Schicht (2) ist und der Schritt zum Aufbringen der reflexionsvermindernden Schicht (5) nach dem Schritt zum Aufbringen der ersten Schicht (2) auf dem Substrat (1) durch Verändern der Abscheideparameter eingeleitet wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) durch ein homogenes Abscheideverfahren und den zusätzlichen Schritt zum Tempern der Schicht hergestellt wird.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) durch ein poröses Abscheideverfahren hergestellt wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) durch ein homogenes Abscheideverfahren und den zusätzlichen Schritt zum porösen Ätzen der Schicht hergestellt wird.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 27 dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsvermindernde Schicht (5) derart gebildet wird, daß das Verhältnis eines Volumens, das mit dem Grundmaterial ausgefüllt ist, zu einem Volumen, das mit dem Photoresistmaterial ausgefüllt ist, in der Nähe der unterhalb angrenzenden Schicht (2) oder des unterhalb angrenzenden Schichtträgers (1) größer als in der Nähe der Photoresistschicht (4) ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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