DE4138999C2

DE4138999C2 - Belichtungsverfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE4138999C2
Application number: DE4138999A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yano; Haruo Okano; Tohru Watanabe; Keiji Horioka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2011-11-28
Also published as: US5437961A; US5733713A; DE4138999A1; KR950011563B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Belichtungsverfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Belichtungsverfahren zur Verbesserung bei der Musterausbildung eines Metallfilms, eines Isolierfilms und dgl.

In einem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung wird ein Metallfilm, beispielsweise eine metallische Verdrahtungsschicht, in der folgenden Weise erzeugt, wobei auf die Fig. 1A bis 1G Bezug genommen wird.

Wie in Fig. 1A dargestellt ist, wird nach der Auftragung eines Isolierfilmes 52 auf ein Halbleitersubstrat 51 eine untere Verdrahtungsschicht 53 auf dem Isolierfilm 52 bebildet, und eine Zwischenschicht-Isolierschicht 54 wird auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Struktur aufgetragen.

Ein Metallfilm 55 wird auf der Zwischenschicht-Isolierschicht 54 erzeugt, wie dies in Fig. 1B gezeigt ist. Danach wird, wie in Fig. 1C gezeigt ist, ein Fotoresist (fotoempfindliche Harzschicht) 56 direkt auf den Metallfilm 55 geschichtet.

Sodann wird, wie in Fig. 1D gezeigt ist, das Fotoresist 56 mit einem gewünschten Muster belichtet. Das Fotoresist 56 wird einem Entwicklungsprozeß unterworfen, um ein Fotoresistmuster 56 zu bilden.

Wie in Fig. 1F gezeigt ist, wird der Metallfilm 55 selektiv durch reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt, wobei das Fotoresistmuster 56 als eine Maske dient.

Schließlich wird, wie in Fig. 1G gezeigt ist, das Fotoresistmuster 56 entfernt, um eine obere Verdrahtungsschicht zu vervollständigen, welche aus dem Metallfilm 55 besteht.

In einem Verfahren dieser Art treten jedoch die folgenden Probleme auf.

Licht 57, das durchgedrungen ist und die Oberseite des Metallfilmes 55 bei der Belichtung erreicht hat, wird durch die Oberfläche reflektiert, und das reflektierte Licht 58 tritt erneut in das Fotoresist 56 ein. Als Ergebnis tritt eine abnormale Belichtung im Fotoresist 56 auf. Wenn, wie in Fig. 1D gezeigt ist, insbesondere die Oberseite des Metallfilmes 55 große Unregelmäßigkeiten zeigt, so ist der Einfluß der abnormalen Belichtung gesteigert. Als Ergebnis wird, wie in Fig. 1E gezeigt ist, das auf das Fotoresist 56 übertragene Muster im Vergleich mit dem Maskenmuster verzerrt. Diese Verzerrung des Fotoresistmusters 56 stellt ein ernstes Problem dar, wenn der Metallfilm 55 durch die RIE-Methode gemustert wird, wobei das Fotoresistmuster 56 als eine Maske verwendet wird.

Das heißt, da ein Teil des Fotoresistmusters 56 weggelassen ist, wie dies in Fig. 1E gezeigt ist, wird der entsprechende Teil des gemusterten Metallfilmes 55 ebenfalls weggelassen, wie dies aus Fig. 1F zu ersehen ist. Im schlimmsten Fall dieser Erscheinung wird der gemusterte Metallfilm 55 getrennt, was in einer großen Verschlechterung in Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Musterbildung resultiert. Zusätzlich nimmt die Produktausbeute ab.

Um obiges Problem zu lösen, wurde ein Verfahren, das ein pigmenthaltiges Resist verwendet, und eine Verfahren, bei dem Titannitridfilm zwischen einem Metallfilm und einem Fotoresist gebildet wird, entwickelt. Bei dem Verfahren, das ein pigmenthaltiges Resist verwendet, kann die Verzerrung eines Fotoresists aufgrund einer abnormalen Belichtung nicht befriedigend unterdrückt werden, und somit kann obiges Problem nicht gelöst werden. Zusätzlich wird die Fokussierungsspanne bei dem Prozeß der Belichtung in unerwünschter Weise reduziert.

Bei dem Verfahren, das einen Titannitridfilm verwendet, wird nach einem selektiven Ätzen eines Metallfilmes ein Titannitridfilm auf dem Metallfilm entfernt, um eine Korrosion des Metallfilmes u. dgl. zu verhindern. Da es jedoch schwierig ist, eine ausreichend hohe Ätzselektivität zwischen einem Titannitridfilm und einem Isolierfilm einzustellen, wird der Isolierfilm in unerwünschter Weise geätzt, wenn der Titannitridfilm durch Ätzen entfernt wird. Als Ergebnis nehmen die Zuverlässigkeit und Produktausbeute ab.

Zusätzlich zu den obigen Methoden wurde ein Verfahren zur Bildung eines feinen Musters durch Erzeugen eines Kohlenstoffilmes zwischen einem zu verarbeitenden Film und einem Fotoresistfilm in der JP-60-117 723 A beschrieben.

Bei diesem Verfahren tritt jedoch eine Dimensionsänderung zwischen einer Größe eines Kohlenstoffilmes und derjenigen eines Fotoresists auf, da der Kohlenstoffilm eine Dicke von 180 nm oder 110 nm hat. Es sei angenommen, daß ein Kohlenstoffilm mit einer Dicke von beispielsweise 100 nm einer Musterbildung durch Ätzen zu unterwerfen ist, wobei ein Diodentyp-Plasma-Ätzapparat unter den folgenden Bedingungen eingesetzt wird: ein Sauerstoffdurchsatz von 100 SCCM (100 Standard-cm³), ein Druck von 5,33 Pa (40 mTorr) und eine Leistungsdichte von 2 W/cm². In diesem Fall ist ein Seitenwandteil des Kohlenstoffilmes kegelförmig unter einem Winkel von etwa 63°. Wenn daher der Kohlenstoffilm eine Dicke von 100 nm hat, wie dies oben beschrieben wurde, wird eine Größendifferenz von 90 nm oder mehr zwischen dem Boden (Unterseite) und Spitze (Oberseite) des Kohlenstoffilmes verursacht. In einer integrierten Halbleiterschaltung ist es wünschenswert, eine derartige Dimensionsänderung zu vermindern.

Die Zeitschrift "Journal of Technical Disclosure No. 78-2427, herausgegeben vom "Japan Institute of Invention and Innovation", beschreibt eine Belichtung, die vorgenommen wird, nachdem ein Kohlenstoffilm zwischen eine Scheibe und einen Fotoresistfilm gelegt wird, um so die Reflexion durch die Scheibe zu verhindern. Bisher wurden aber ein dünnerer Kohlenstoffilm und ein geringeres Reflexionsvermögen noch nicht verwirklicht.

In einem herkömmlichen Verfahren wird ein Isolierfilm, wie beispielsweise ein Zwischenschicht-Isolierfilm einer Musterbildung in der folgenden Weise unterworfen. Die Fig. 2A bis 2G sind Schnitte, die die jeweiligen Schritte in dem Verfahren zeigen.

Wie aus Fig. 2A zu ersehen ist, wird ein Isolierfilm 62 auf ein Halbleitersubstrat 61 aufgetragen, und eine untere Verdrahtungsschicht 63 wird auf dem Isolierfilm 62 gebildet.

Wie aus Fig. 2B zu ersehen ist, wird ein Isolierfilm 64 als eine Zwischenschicht-Isolierschicht auf der gesamten Oberfläche der sich ergebenden Struktur auf getragen. Danach wird eine Fotoresist (fotoempfindliche Harzschicht) 65 direkt auf den Isolierfilm 64 geschichtet, wie dies in Fig. 2C gezeigt ist.

Sodann wird, wie in Fig. 2D gezeigt ist, das Fotoresist 65 mit einem gewünschten Muster belichtet. Sodann wird, wie in Fig. 2E gezeigt ist, das Fotoresist 65 einem Entwicklungsprozeß unterworfen, um ein Fotoresistmuster 65 zu bilden.

Wie aus Fig. 2F zu ersehen ist, wird der Isolierfilm 64 selektiv durch das reaktive Ionenätzen (RIE) geätzt, wobei das Fotoresistmuster 65 als eine Maske verwendet wird.

Schließlich wird, wie in Fig. 2G gezeigt ist, das Fotoresist 65 entfernt, um die Musterbildung der Zwischenschicht-Isolierschicht 64 zu vollenden.

Bei diesem Verfahren treten die folgenden Probleme auf.

Wie in Fig. 2D gezeigt ist, durchläuft ein Teil des einfallenden Lichtes 66, das das Fotoresist 65 beim Prozeß der Belichtung durchdrungen hat, weiter durch den Isolierfilm 64, um die Oberseite der unteren Verdrahtungsschicht 63 zu erreichen, und es wird dann durch die Oberfläche reflektiert. Das reflektierte Licht 67 tritt erneut in das Fotoresist 65 ein. Anderes einfallendes Licht 66a durchsetzt die Isolierfilme 64 und 62, um das Halbleitersubstrat 61 zu erreichen, und es wird durch dessen Oberfläche reflektiert. Das reflektierte Licht 68 tritt dann erneut in das Fotoresist 65 ein. Das Fotoresist 65 wird wieder mit dem reflektierten Licht 67 und dem reflektierten Licht 68 belichtet. Da in diesem Fall die optischen Eigenschaften der unteren Verdrahtungsschicht 63 von denjenigen des Halbleitersubstrates 61 verschieden sind, ist die Intensität des reflektierten Lichtes 67 von derjenigen des reflektierten Lichtes 68 verschieden. Da zusätzlich die Entfernung, die das reflektierte Licht durch den Isolierfilm verläuft, von der Entfernung, die das reflektierte Licht 68 durch die Isolierfilme verläuft, verschieden ist, tritt eine Phasendifferenz zwischen den Strahlen des reflektierten Lichtes auf, wenn sie das Fotoresist 65 erreichen, und eine Differenz in der Intensität tritt ein, wenn sie mit dem einfallenden Licht 66 interferieren.

Als Ergebnis wird das Fotoresist 65 lageabhängig stark verschieden belichtet, und somit kann das Maskenmuster nicht getreu auf das Fotoresist 65 übertragen werden.

Die Fig. 3A bis 3G sind Schnitte, welche die jeweiligen Schritte eines anderen herkömmlichen Verfahrens zur Musterbildung eines Isolierfilmes zeigen.

Wie in Fig. 3A gezeigt ist, wird die Oberfläche eines Halbleitersubstrates 71 selektiv oxydiert, um isolierende Oxidfilme 72 zu bilden. Ein Isolierfilm 73 und ein polykristalliner Siliziumfilm 74 werden dann auf der gesamten Oberseite des Substrates 71 gebildet, auf dem die isolierenden Oxydfilme 72 erzeugt sind.

Nachdem ein Isolierfilm 75 auf den polykristallinen Siliziumfilm 74 aufgetragen ist, wie dies in Fig. 3B gezeigt ist, wird ein Fotoresist 76 direkt auf den Isolierfilm 75 geschichtet, wie dies in Fig. 3C dargestellt ist.

Nachdem das Fotoresist 76 mit einem gewünschten Muster belichtet ist, wie dies in Fig. 3D gezeigt ist, wird das Fotoresist 76 einem Entwicklungsprozeß unterworfen, um ein Fotoresistmuster 76 zu bilden.

Sodann wird, wie dies in Fig. 3F gezeigt ist, der Isolierfilm 75 selektiv durch reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt, wobei das Fotoresistmuster 76 als eine Maske verwendet wird. Schließlich wird, wie dies in Fig. 3G gezeigt ist, das Fotoresistmuster 76 entfernt, um die Musterbildung des Isolierfilmes 75 abzuschließen.

Bei diesem Verfahren treten jedoch ebenfalls die folgenden Probleme auf.

Wie in Fig. 3D gezeigt ist, durchsetzt einfallendes Licht, das durch das Fotoresist 76 im Prozeß der Belichtung durchgedrungen ist, weiter den Isolierfilm 75, um die Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilmes 74 zu erreichen, und es wird durch diese Oberfläche reflektiert. Das reflektierte Licht 78 tritt dann erneut in das Fotoresist 76 ein. Als Ergebnis werden Teile des Fotoresists 76, die von dem Teil entsprechend dem Maskenmuster verschieden sind, belichtet, um so eine abnormale Belichtung zu verursachen. Wenn, wie in Fig. 3D gezeigt ist, insbesondere die Oberseite des polykristallinen Siliziumfilmes 74 große Unregelmäßigkeiten hat, so ist der Einfluß der abnormalen Belichtung gesteigert. Als Ergebnis wird das auf das Fotoresist 76 übertragene Muster im Vergleich mit dem Maskenmuster verzerrt.

Wenn die Dicke des Isolierfilmes 75 an verschiedenen Stellen schwankt, so ändert sich die Phase des reflektierten Lichtes 78, das das Fotoresist 76 erreicht hat, abhängig von den Einfallsstellen. Wenn daher das reflektierte Licht 78 mit dem einfallenden Licht 77 interferiert, werden Schwankungen in der Lichtintensität verursacht, und das Fotoresist 76 ändert sich in der Größe an den jeweiligen Stellen.

Die Größendifferenzen aufgrund der Verzerrung des Fotoresists 76 und diejenigen an den jeweiligen Stellen beeinträchtigen den polykristallinen Siliziumfilm 75. Aus diesem Grund leidet auch das auf dem Isolierfilm 75 gebildete Muster unter Größendifferenzen aufgrund einer Verzerrung und denjenigen an verschiedenen Stellen. Ein derartiger Nachteil führt nicht nur zu einer Verschlechterung in Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Musterbildung eines Isolierfilmes, sondern auch zu einer Abnahme in der Produktausbeute.

Um derartige Probleme zu überwinden, wurde bereits ein Verfahren zur Musterbildung eines Isolierfilmes mittels eines pigmenthaltigen Resists vorgeschlagen. Bei dem Verfahren, bei dem ein pigmenthaltiges Resist benutzt wird, kann jedoch die Verzerrung eines Fotoresistmusters aufgrund einer abnormalen Belichtung nicht befriedigend unterdrückt werden, und damit können die oben beschriebenen Probleme nicht gelöst werden. Zusätzlich wird die Fokussierspanne bei dem Prozeß der Belichtung in unerwünschter Weise reduziert.

Wie oben beschrieben wurde, wird bei dem herkömmlichen Verfahren der Musterbildung eines Metallfilmes bei der Belichtung eines Fotoresists Belichtungslicht durch die Oberseite eines Metallfilmes reflektiert, was zu einer Verzerrung des zum Fotoresist übertragenen Musters führt.

Da bei dem Verfahren der Musterbildung eines Isolierfilmes Belichtungslicht durch die Oberseite eines Halbleitersubstrates oder diejenige einer metallischen Verdrahtungsschicht reflektiert wird, wird das zum Fotoresist übertragene Muster verzerrt. Da ein zu verarbeitender Film, wie beispielsweise ein Metallfilm oder ein Isolierfilm, einer Musterbildung unterworfen wird, indem das verzerrte Fotoresistmuster als eine Maske verwendet wird, werden die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Musterbildung herabgesetzt, und die Produktausbeute wird vermindert.

Aus der DE 34 28 565 A1 ist eine Schicht aus amorphen Silizium als Antireflexionsüberzug bekannt, die auf einer Schicht aus lichtreflektierendem Material zum Reduzieren von Reflexionen von der lichtreflektierenden Schicht abgeschieden wird. Die Dicke der amorphen Siliziumschicht liegt im Bereich von 5 nm bis 60 nm.

Aus T. R. Pampalone et al., J. Electrochem. Soc., Vol. 136, Nr. 4, April 1989, Seiten 1181 bis 1185 ist eine Antireflexionsschicht aus TiON bekannt, die die Substratreflektivitäten von über 85% auf weniger als 25% reduziert.

Der Artikel "Antireflection coatings on metal layers for photolithographic purposes" von H. A. M. von den Berg und J. B. von Staden, Journal of Applied Physics, 50(3), 1979, Seiten 1212 bis 1214 schlägt die Verwendung von amorphem Silizium, amorphem Selen und Cr₂O₃ als Antireflexionsschicht vor. Ferner werden Bedingungen für den komplexen Brechungsindex angegeben.

In der GB 2 129 217 A wird polykristallines Silizium als Material für eine Antireflexionsschicht vorgeschlagen. Außerdem werden Zusammenhänge zwischen der Schichtdicke, dem komplexen Brechungsindex und der erzielbaren Wirkung angegeben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung anzugeben, das die Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Musterbildung eines Metallfilmes oder eines Isolierfilmes weiter verbessern kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. gemäß Patentanspruch 8 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1A bis 1G Schnitte zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens zum Bilden eines metallischen Verdrahtungsschicht;

Fig. 2A bis 2G Schnitte zur Erläuterung eines herkömmlichen Verfahrens zur Bildung eines Isolierfilmes;

Fig. 3A bis 3G Schnitte eines anderen herkömmlichen Verfahrens zur Bildung eines Isolierfilmes;

Fig. 4A bis 4H Schnitte zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bilden eines metallischen Verdrahtungsschicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5A und 5B Draufsichten von Darstellungen, die Verdrahtungsmuster zeigen, welche durch das Verfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bzw. durch das herkömmliche Verfahren gebildet sind;

Fig. 6 bis 8 jeweils Diagramme zur Erläuterung der Beziehungen zwischen den Dicken eines Titannitridfilmes, eines Siliziumfilmes und eines Kohlenstoffilmes sowie dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht;

Fig. 9 eine Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Einfallswinkel von Belichtungslicht und dessen Reflexionsvermögen;

Fig. 10 bis 26 jeweils Diagramme zur Erläuterung der Beziehungen zwischen der Dicke eines Kohlenstoffilmes und dem Reflexionsvermögen von Strahlen von Belichtungslicht mit verschiedenen Wellenlängen in Fällen, in denen ein polykristalliner Siliziumfilm, ein Molybdänsilizidfilm, ein Ag-Film, ein Cu-Film, ein Mo-Film und ein Al-Film als zu verarbeitende Filme verwendet werden;

Fig. 27 bis 44 Diagramme, die jeweils die durch die Brechungsindices von Kohlenstoffilmen und Extinktionskoeffizienten definierten Bereiche zeigen, wobei ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger bei verschiedenen Wellenlängen der Strahlen des Belichtungslichtes erhalten wird, für Fälle, bei denen ein Al-Film, ein polykristalliner Siliziumfilm, ein Molybdänsilizidfilm, ein Ag-Film, ein Cu-Film und ein Mo-Film als zu verarbeitende Filme verwendet werden;

Fig. 45A bis 45G Schnitte zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bildung von Kontaktlöchern gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 46A bis 46E Schnitte zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bildung eines isolierenden Filmmusters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 47A und 47B Draufsichten, die jeweils Isolierfilmmuster zeigen, die durch ein Verfahren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel und ein herkömmliches Verfahren erhalten sind;

Fig. 48 bis 59 Diagramme zur Erläuterung der Beziehungen zwischen der Dicke eines SiO₂-Filmes und dessen Reflexionsvermögens bei verschiedenen Dicken von Kohlenstoffilmen;

Fig. 60 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem Absorptionsvermögen eines Kohlenstoffilmes und dessen Dicke; und

Fig. 61A bis 61E Schnitte, die das Verfahren zur Bildung eines Isolierfilmmusters gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutern.

Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß, wenn eine lichtreflektierende Schicht, beispielsweise eine Metallschicht oder eine transparente Schicht, beispielsweise ein isolierender Film, die auf einer lichtreflektierenden Schicht gebildet ist, geätzt werden soll, indem ein fotoempfindliches Harzmuster als eine Maske verwendet wird, eine fotoempfindliche Harzschicht belichtet wird, während ein Kohlenstoffilm, der eine Dicke von 38 nm bis 78 nm, einen Brechungsindex von 1,3 bis 2,5 und einen Extinktionskoeffizienten von 0,3 bis 1,0 bei einer Lichtwellenlänge im Bereich von λ = 250 nm bis λ = 440 nm aufweist, zwischen dem lichtreflektierenden Film oder dem transparenten Film und der fotoempfindlichen Harzschicht liegt.

Bei diesem Verfahren kann eine Belichtung von unerwünschten Teilen der fotoempfindlichen Harzschicht, die verursacht wird, wenn Licht, das durch den lichtreflektierenden Film reflektiert ist, auf die fotoempfindliche Harzschicht einfällt, verhindert werden.

Hierbei sind zwei Gesichtspunkte zu berücksichtigen. Gemäß einem ersten Gesichtspunkt wird ein lichtreflektierender Film gemustert, um eine Verdrahtungsschicht o. dgl. zu bilden. Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt wird ein transparenter Film, der auf einem lichtreflektierenden Film gebildet ist, gemustert, um eine Zwischenschicht-Isolierschicht o. dgl. zu bilden.

Bei dem ersten Gesichtspunkt hat sich bei Untersuchungen der Erfinder gezeigt, daß, wenn die Dicke eines Kohlenstoffilmes auf 38-78 nm eingestellt ist, Belichtungslicht, das durch die Zwischenfläche zwischen einer fotoempfindlichen Harzschicht und dem Kohlenstoffilm reflektiert ist, Belichtungslicht auslöscht, das durch die Zwischenfläche zwischen dem Kohlenstoffilm und dem lichtreflektierenden Film reflektiert ist, und es wird der kleinste Brechungsindex erhalten. Zusätzlich zeigte sich gemäß den Untersuchungen der Erfinder, daß der Bereich der Dicke eines Kohlenstoffilmes, in dem das Reflexionsvermögen ausreichend vermindert ist, kleiner als 100 nm ist. Weiterhin hat sich gezeigt, daß die Stärke des Belichtungslichtes, das eine fotoempfindliche Harzschicht durchsetzt hat, in einem Kohlenstoffilm ausreichend vermindert wurde.

Wenn daher ein Kohlenstoffilm zwischen einem zu verarbeitenden Film und einer fotoempfindlichen Harzschicht gebildet und die fotoempfindliche Harzschicht belichtet und entwickelt wird, so kann auf einfache Weise ein genaues Resistmuster geliefert werden, wodurch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit in der Musterbildung verbessert werden.

Als ein lichtreflektierender Film als ein zu verarbeitender Film können ein Metallfilm, ein Legierungsfilm, ein Silizidfilm, ein Halbleiterfilm o. dgl. verwendet werden. Das heißt, es können insbesondere ein polykristalliner Siliziumfilm, ein Molybdänsilizidfilm, ein Ag-Film, ein Cu- Film oder ein Mo-Film oder ein metallischer Verbindungsfilm, beispielsweise ein Al-Si-Cu-Film, ein Al-Si-Film, ein MoSi_x- Film oder ein WSi_x-Film verwendet werden.

Gemäß dem letzteren Gesichtspunkt hat sich durch die Untersuchungen der Erfinder gezeigt, daß die Intensität des Belichtungslichtes, das durch eine fotoempfindliche Harzschicht gedrungen ist, ausreichend in einem Kohlenstoffilm vermindert wird, der eine Dicke von 80-200 nm, hat. Als Ergebnis wird die Intensität von Licht, das durch einen lichtreflektierenden Film unter einem zu verarbeitenden transparenten Film reflektiert wird, ausreichend vermindert, um so eine abnormale Belichtung der fotoempfindlichen Harzschicht durch das reflektierte Licht zu verhindern. Da zusätzlich die Intensität des reflektieren Lichtes ausreichend niedrig ist, tritt im wesentlichen keine Interferenz oder Störung zwischen dem reflektierten Licht und dem auf die fotoempfindliche Harzschicht einfallenden Belichtungslicht auf. Wenn daher die Belichtung und Entwicklung einer fotoempfindlichen Harzschicht durchgeführt werden, während ein Kohlenstoffilm zwischen einem zu verarbeitenden transparenten Film und der fotoempfindlichen Harzschicht gebildet ist, kann ein genaues Resistmuster leicht erzeugt werden, um so die Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Musterbildung zu verbessern.

Als ein transparenter Film, der als ein zu verarbeitender Film dient, können ein SiO₂-Film, ein Siliziumnitridfilm, ein Harzfilm oder dgl. verwendet werden.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 4A bis 4H sind Schnitte, welche das Verfahren zum Herstellen einer metallischen verdrahtungs- (Zwischenverbindungs-)Schicht gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutern.

Wie in Fig. 4A gezeigt ist, wird ein 1 µm dicker SiO₂-Film 2 auf einem Si-Substrat 1 gebildet, in welchem (nicht gezeigte) Elemente gebildet wurden. Nachdem eine 800 nm dicke Al Verdrahtungsschicht 3 auf dem SiO₂-Film 2 erzeugt wurde, wird ein SiO₂-Film 4 auf der gesamten Oberseite des SiO₂-Filmes 4 erzeugt. Ein 800 nm dicker Al-Film 5 (zu verarbeiten oder zu mustern), der als obere Verdrahtungsschicht dient, wird auf der gesamten Oberfläche des SiO₂-Filmes 4 aufgetragen.

Danach wird, wie in Fig. 4C dargestellt ist, ein Kohlenstoffilm 6 mit einer Dicke von 50 nm auf dem Al-Film 5 gebildet. Dieser Kohlenstoffilm 6 kann in einer Ar-Atmosphäre durch eine Gleichstrom-Magnetron-Sputter- (Aufdampf-)Methode erzeugt werden, wobei eine Graphitplatte als ein Target verwendet wird. Die Bedingungen für die Bildung sind die folgenden: Raumtemperatur, Druck von 0,532 Pa (4 × 10^-3 Torr), Leistungsdichte von 3,5 W/cm² und Ar-Durchsatz von 40 SCCM. Wenn die Struktur des Kohlenstoffilmes mittels einer Röntgenstrahlbeugung geprüft wird, zeigt sich, daß die Struktur amorph oder mikrokristallin ist. Wenn zusätzlich optische Konstanten des Kohlenstoffilmes mittels eines optischen Ellipsometers gemessen werden, zeigt sich, daß bei einer Wellenlänge des Belichtungslichtes von 365 nm ein Brechungsindex n von 1,86 und ein Extinktionskoeffizient k von 0,79 erhalten werden. Wenn weiterhin der spezifische Widerstand des Kohlenstoffilmes 6 durch eine Viersondenmethode gemessen wird, so wird ein Widerstandswert von 0,3 Ωcm erhalten.

Danach wird, wie in Fig. 4D gezeigt ist, ein 1,5 µm dickes Fotoresist (fotoempfindliche Harzschicht: RFI 15AA, hergestellt von Sumitomo Chemical Co.) 7 auf den Kohlenstoffilm 6 geschichtet, und das Fotoresist 7 wird mit Licht mit einem (nicht gezeigten) Maskenmuster belichtet. Zu dieser Zeit wird eine Belichtungslicht- Wellenlänge λ auf 365 nm eingestellt.

Wie in Fig. 4E gezeigt ist, wird das Fotoresist 7 mittels einer Entwicklungslösung entwickelt, welche Cholin als eine Hauptkomponente enthält, um ein Fotoresistmuster 7 mit einer Breite von 0,8 µm zu bilden. Wenn dieses Fotoresistmuster 7 geprüft wird, zeigt sich, daß das Muster 7 im wesentlichen frei von Einflüssen einer Reflexion durch den Al-Film 5 beim Prozeß der Belichtung ist, und daß das Maskenmuster getreu übertragen wurde. Wenn der Kohlenstoffilm 6 geprüft wird, werden eine Elution, Abschälen u. dgl. überhaupt nicht beobachtet. Wenn zusätzlich der Al-Film 5 geprüft wird, werden eine Korrosion durch die alkalische Entwicklungslösung nicht festgestellt. Wenn im Gegensatz hierzu ein Al-Film ohne den Kohlenstoffilm 6 geprüft wird, wird eine Korrosion durch die Entwicklungslösung bemerkt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß im Gegensatz zum vorliegenden Ausführungsbeispiel dann der Al-Film nicht durch den Kohlenstoffilm 6 geschützt ist.

Wie in Fig. 4F gezeigt ist, wird der Kohlenstoffilm 6 durch die RIE-Methode gemustert bzw. einer Musterbildung unterworfen, wobei ein O₂-Gas und das Fotoresistmuster 7 als eine Maske verwendet werden. Danach wird, wie in Fig. 4G dargestellt ist, der Al-Film 5 durch die RIE-Methode gemustert, wobei eine Gasmischung aus BCl₃ und Cl₂ verwendet wird, um eine Al-Verdrahtungsschicht 5A zu erzeugen.

Schließlich wird, wie in Fig. 4H dargestellt ist, das Fotoresistmuster 7 einer Sauerstoffveraschung, d. h. einem Veraschungsprozeß mittels eines Sauerstoffplasmas, unterworfen, um so gleichzeitig das Fotoresistmuster 7 und den Kohlenstoffilm 6 zu entfernen.

Die Fig. 5A und 5B sind Draufsichten, die Verdrahtungsmuster zeigen, welche jeweils entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und einem herkömmlichen Verfahren gebildet sind. In diesen Fig. 5A und 5B zeigen schraffierte Teile Verdrahtungsmuster an.

Wie in Fig. 5A gezeigt ist, werden bei dem Verfahren des vorliegenden Ausführungsbeispieles keine getrennten Teile in einem Al-Verdrahtungsmuster 5 beobachtet, und damit ist es offensichtlich, daß das Maskenmuster getreu auf den Al-Film übertragen werden kann.

Wenn im Gegensatz hierzu, wie in Fig. 5B gezeigt ist, ein Al-Film durch das herkömmliche Verfahren gemustert wird, wird, da Belichtungslicht durch die Oberfläche des Al-Filmes reflektiert wird, das Muster, das auf das Fotoresist übertragen ist, verzerrt. Aus diesem Grund wird eine große Anzahl von getrennten Teilen 8 in dem Al-Verdrahtungsmuster 5 beobachtet.

Wie oben erläutert wurde, ist das Al-Verdrahtungsmuster, das durch das Verfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels hergestellt ist, im wesentlichen frei von Verzerrungen und Trennungen und damit in seiner Qualität sehr gut.

Die Ursache hierfür liegt darin, daß die Dicke des Kohlenstoffilmes 6 auf einen derartigen Wert eingestellt ist, daß der Kohlenstoffilm 6 Licht absorbiert, das durch den Al-Film 5 reflektiert ist, um somit wirksam die Lichtmenge zu vermindern, die die Oberfläche des Fotoresists 7 erreicht, und das durch die Zwischenfläche zwischen dem Kohlenstoffilm 6 und dem Fotoresist 7 reflektierte Licht und das durch die Zwischenfläche zwischen dem Kohlenstoffilm 6 und dem Al-Film 5 reflektierte Licht werden gegeneinander ausgeglichen, indem die Phasen beider Lichtanteile eingestellt werden.

Die Erfinder haben auch den Einfluß eines Titannitridfilmes als eines Antireflexionsfilmes mit demjenigen eines Siliziumfilmes verglichen.

Die Fig. 6 bis 8 sind Diagramme, die jeweils die Beziehungen zwischen den Dicken eines Titannitridfilmes, eines Siliziumfilmes und eines Kohlenstoffilmes sowie dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht zeigen. Ein Al-Film wurde als ein zu verarbeitender Film verwendet, und es wurde eine Belichtungslicht-Wellenlänge von 365 nm gewählt. Jedes Reflexionsvermögen γ wurde mittels der folgenden Gleichung (2) festgelegt, wobei die in Tab. 1 angegebenen optischen Konstanten und eine Mehrfach-Reflexion berücksichtigt wurden.

Tabelle 1

In obiger Gleichung (2) bedeuten d_B die Dicke eines Kohlenstoffilmes, λ die Wellenlänge von Belichtungslicht, N_A die optische Konstante des Al-Filmes, N_B die optische Konstante eines Kohlenstoffilmes, N_R die optische Konstante einer fotoempfindlichen Harzschicht, r_R = (N_R - N_B)/(N_R + N_B) und r_B = (N_B - N_A)/(N_B + N_A). Die optische Konstante N wird durch N = n - ik wiedergegeben (n: Brechungsindex, k: Extinktionskoeffizient, i: imaginäre Einheit).

Es sei darauf hingewiesen, daß die in Tab. 1 gezeigten optischen Konstanten mittels eines Spektralellipsometers gemessen wurden.

Jedes Reflexionsvermögen wird auf der Grundlage der Stärke des vertikal auf ein Substrat über ein Fotoresist eingestrahlten Lichtes und der Stärke des Lichtes erhalten, das durch die Oberfläche des zu verarbeitenden Filmes reflektiert wurde und vertikal erneut in das Fotoresist eingetreten ist.

Es ist aus Fig. 6 zu ersehen, daß in dem Fall des Titannitridfilmes das Reflexionsvermögen auf etwa 3% minimiert ist, wobei eine Filmdicke etwa 35 nm beträgt. Obwohl das Reflexionsvermögen vorzugsweise auf etwa 5% oder weniger im Hinblick auf gestreute Reflexion durch die Unregelmäßigkeiten der unterliegenden Schicht reduziert wird, kann der Bereich der Filmdicken, in welchem diese Forderung erfüllt werden kann, auf 26 nm bis 33 nm festgelegt werden, was zu einer Schwierigkeit bei der Steuerung oder Handhabung der Filmdicken führt.

Es ist aus der Fig. 7 zu ersehen, daß im Fall des Siliziumfilmes das Reflexionsvermögen auf etwa 5% bei einer Filmdicke von etwa 5 nm minimiert wird. Jedoch ist der Bereich der Filmdicken, in welchem dieser Zustand erreicht werden kann, sehr schmal, was das gleiche Problem wie dasjenige des Titannitridfilmes stellt. Das Reflexionsvermögen wird minimiert, wobei die kleine Filmdicke 5 nm beträgt, da ein Antireflexionseffekt durch die Lichtabsorptionseigenschaften des Siliziumfilmes und Interferenz von Licht im Siliziumfilm bestimmt wird. Das heißt, da der Brechungsindex des Siliziumfilmes etwa 6,6 hoch ist, wird die Intensität des reflektierten Lichtes minimiert, wenn die Filmdicke sehr klein ist.

In dem Fall des Kohlenstoffilmes 6 ist, wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, der Bereich der Filmdicken, in welchem das Reflexionsvermögen 5% oder weniger beträgt, so weit wie 38 nm bis 78 nm, und der Mindestwert des Reflexionsvermögens ist kleiner als diejenigen Werte des Titannitridfilmes und des Siliziumfilmes.

Mittels der obigen Gleichung (2) wird der Zustand, in welchem das Reflexionsvermögen 5% oder weniger beträgt, durch die folgende Gleichung (1) festgelegt:

wobei d_B die Dicke eines Kohlenstoffilmes, λ die Wellenlänge von Belichtungslicht, N_A eine optische Konstante eines Al-Filmes, N_B eine optische Konstante eines Kohlenstoffilmes, N_R eine optische Konstante einer fotoempfindlichen Harzschicht, r_R = (N_R - N_B)/(N_R + N_B) und r_B = (N_B - N_A)/(N_B + N_A) bedeuten.

Die Erfinder prüften, wie die Unregelmäßigkeiten eines zu verarbeitenden Filmes das Reflexionsvermögen beeinflussen.

Fig. 9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel von Belichtungslicht und dessen Reflexionsvermögen in einem Fall zeigt, in welchem ein Al-Film mit einer glatten Oberfläche als ein zu verarbeitender Film verwendet wird, während die Dicke eines Kohlenstoffilmes und die Wellenlänge von Belichtungslicht jeweils auf 50 nm bzw. 365 nm eingestellt sind. Das heißt, das Reflexionsvermögen eines (zu verarbeitenden) Filmes mit Unregelmäßigkeiten auf seiner Oberfläche wurde geprüft.

Es ist aus Fig. 9 zu ersehen, daß das Reflexionsvermögen minimiert ist, wenn der Einfallswinkel 90° beträgt, d. h. wenn keine Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche vorliegen. Selbst wenn jedoch der Einfallswinkel so klein wie 45° ist, beträgt das Reflexionsvermögen etwa 5%. Das heißt, selbst wenn die Oberfläche des zu verarbeitenden Filmes Unregelmäßigkeiten hat, arbeitet der Kohlenstoffilm wirksam als ein Antireflexionsfilm.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann daher das Maskenmuster auf das Fotoresist 7 ohne Verzerrung übertragen werden, indem der Kohlenstoffilm 6 zwischen dem Al-Film 5 und dem Fotoresist 7 gebildet wird. Zusätzlich kann ein ausreichend hoher Antireflexionseffekt erhalten werden, indem die Dicke des Kohlenstoffilmes 6 und optische Koeffizienten, wie beispielsweise der Brechungsindex n und der Extinktionskoeffizient k geprüft werden. Daher kann die Musterbildungsgenauigkeit des Al-Filmes 5 verbessert werden, und die Produktausbeute kann gesteigert werden.

Der Kohlenstoffilm 6 wird zur gleichen Zeit entfernt, zu der das Resistmuster 7 abgetragen wird. Das heißt, ein neuer Schritt zum Entfernen des Kohlenstoffilmes 6 nach dem Ätzen des Al-Filmes 5 ist nicht erforderlich, und damit kann eine Erhöhung der Anzahl der Schritte verhindert werden.

Da zusätzlich der Kohlenstoffilm 6 chemisch stabil ist, selbst wenn das Fotoresist als eine Maske teilweise nach dem Ätzen des Al-Filmes 5 geätzt wird, dient der Kohlenstoffilm 6 als eine Maske. Somit kann das Ätzen mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden. Al-, Resist- und Kohlenstoffilme werden durch die RIE-Methode geätzt, indem Cl₂-Gas (Durchsatz 30 SCCM) und BCl₃-Gas (30 SCCM) bei einem Druck von 2 Pa und einer Leistungsdichte von 1,5 W/cm² verwendet werden, und die jeweiligen Ätzraten werden miteinander verglichen. Die Ätzraten der Al-, Resist- und Kohlenstoffilme betragen jeweils 10 nm/s, 3 bis 5 nm/s und 0,4 nm/s. Es hat sich aus diesem Ergebnis gezeigt, daß der Kohlenstoffilm in befriedigender Weise als eine Maske beim Ätzen dienen kann. Daher kann der zu verarbeitende Film geätzt werden, indem lediglich der Kohlenstoffilm als eine Ätzmaske verwendet wird.

In dem obigen Ausführungsbeispiel wird ein Al-Film als ein zu verarbeitender Film verwendet, und die Wellenlänge des Belichtungslichtes ist auf 365 nm eingestellt. Jedoch kann der gleiche Effekt durch andere Arten von zu verarbeitenden Filmen bei anderen Wellenlängen des Belichtungslichtes erzielt werden. Die Fig. 10 bis 26 zeigen derartige Fälle.

Die Fig. 15 bis 21 sind Diagramme, die jeweils die Beziehungen zwischen der Dicke eines Kohlenstoffilmes und dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht in Fällen angeben, wobei die Wellenlänge des Belichtungslichtes auf 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist und ein Al-Film als ein zu verarbeitender Film verwendet wird. In ähnlicher Weise sind die Fig. 10, 16 und 22 Diagramme, die jeweils die Beziehungen zwischen den Dicken eines Kohlenstoffilmes und dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht in Fällen angeben, in denen die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm bzw. 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist, wobei ein polykristalliner Siliziumfilm als ein zu verarbeitender Film verwendet wird. Die Fig. 11, 17 und 23 sind jeweils Diagramme, die die Beziehungen zwischen der Dicke eines Kohlenstoffilmes und dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht in Fällen angeben, in denen die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm bzw. 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist, wobei ein Molybdänsilizidfilm als ein zu verarbeitender Film verwendet wird. Die Fig. 12, 18 und 24 sind jeweils Diagramme, die die Beziehungen zwischen der Dicke eines Kohlenstoffilmes und dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht in Fällen angeben, in denen die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm bzw. 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist, wobei ein Ag-Film als ein zu verarbeitender Film verwendet wird. Die Fig. 13, 19 und 25 sind jeweils Diagramme, die die Beziehungen zwischen der Dicke eines Kohlenstoffilmes und dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht in Fällen angeben, in denen die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm bzw. 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist, wobei ein Cu-Film als ein zu verarbeitender Film verwendet wird. Die Fig. 14, 20 und 26 sind jeweils Diagramme, die die Beziehungen zwischen der Dicke eine Kohlenstoffilmes und dem Reflexionsvermögen von Belichtungslicht in Fällen angeben, in denen die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm bzw. 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist, wobei ein Mo-Film als ein zu verarbeitender Film verwendet wird.

Jedes Reflexionsvermögen wurde mittels Tab. 1 und Gleichung (2) geschätzt, die in dem obigen Fall des Al-Filmes verwendet wurde.

Es ist aus den Fig. 7 bis 12 ersichtlich, daß, wenn die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm eingestellt ist, das Reflexionsvermögen jedes zu verarbeitenden Filmes minimal ist und der Bereich, in welchem ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger erhalten wird, weit ist, wobei die Dicke des Kohlenstoffilmes auf weniger als 100 nm eingestellt ist. Zusätzlich ist aus den Fig. 13 bis 18 zu ersehen, daß, wenn die Belichtungslicht-Wellenlänge λ 440 nm beträgt, das minimale Reflexionsvermögen erhalten werden kann und ein Reflexionsvermögen von 5% in einem weiten Bereich erzielt wird, wobei die Dicke des Kohlenstoffilmes auf weniger als 100 nm eingestellt ist. In ähnlicher Weise ist aus den Fig. 19 bis 24 zu ersehen, daß, wenn die Belichtungslicht-Wellenlänge λ 250 nm beträgt, das minimale Reflexionsvermögen erhalten wird und ein Reflexionsvermögen von 5% in einem weiten Bereich erzielt wird, wobei die Dicke des Kohlenstoffilmes auf weniger als 100 nm eingestellt ist.

Aus den obigen Ergebnissen folgt, daß mit einem beliebigen zu verarbeitenden Film und einer beliebigen Belichtungslicht-Wellenlänge das minimale Reflexionsvermögen erhalten werden kann und ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger in einem weiten Bereich erzielt wird, wenn die Dicke des Kohlenstoffilmes auf weniger als 100 nm eingestellt ist, und es kann ein hoher Antireflexionseffekt erreicht werden, der mit einem Kohlenstoffilm mit einer Dicke von 100 nm oder mehr nicht zu erlangen ist.

Die Erfinder prüften den Bereich des Brechungsindex x und des Extinktionskoeffizienten k eines Kohlenstoffilmes, wobei ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger mit einem Kohlenstoffilm mit einer Dicke von weniger als 100 nm erhalten wurde, in Fällen, in denen die oben erwähnten, zu verarbeitenden Filme (Al-, polykristallines Silizium-, Molybdänsilizid-, Ag-, Cu-, und Mo-Filme) verwendet wurden. Die Fig. 27 bis 44 zeigen die Ergebnisse.

Die Fig. 27, 33 und 39 sind Diagramme, die jeweils die Bereiche des Brechungsindex n und des Extinktionskoeffizienten k, eines Kohlenstoffilmes zeigen, wobei ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger erhalten wird, wenn ein Al-Film als ein zu verarbeitender Film in Fällen verwendet wird, in denen die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm bzw. 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist. In ähnlicher Weise zeigen die Fig. 28, 34 und 40, die Fig. 29, 35 und 41, die Fig. 30, 36 und 42 sowie die Fig. 32, 38 und 44 jeweils die Bereiche des Brechungsindex n und des Extinktionskoeffizienten k von einem Kohlenstoffilm, wobei ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger erhalten wird, in Fällen, in denen ein Molybdänsilizidfilm, ein Ag-Film, ein Cu-Film und ein Mo-Film jeweils als zu verarbeitende Filme verwendet werden, wobei die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm bzw. 440 nm bzw. 250 nm eingestellt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß jedes Reflexionsvermögen mittels der in Tab. 1 angegebenen optischen Konstanten und der für Mehrfachreflexion aufgestellten Gleichung (2) geschätzt wurde.

Es ist aus den Fig. 27 bis 32 ersichtlich, daß, wenn die Belichtungslicht-Wellenlänge λ 365 nm beträgt, ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger durch jeden zu verarbeitenden Film erhalten werden kann, solange der Brechungsindex n 1,3 oder mehr und der Extinktionskoeffizient k 1,0 oder weniger betragen. Zusätzlich ist auf den Fig. 33 bis 38 zu ersehen, daß, wenn die Belichtungslicht-Wellenlänge λ 440 nm beträgt, ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger erzielt werden kann, falls der Brechungsindex n 1,3 oder mehr und 2,5 oder weniger und der Extinktionskoeffizient k 0,3 oder mehr und 1,0 oder weniger betragen. In ähnlicher Weise ist aus den Fig. 39 bis 44 zu ersehen, daß, wenn die Belichtungslicht-Wellenlänge λ 250 nm beträgt, ein Reflexionsvermögen von 5% oder weniger erhalten werden kann, falls der Brechungsindex n 1,3 oder mehr und 2,5 oder weniger und der Extinktionskoeffizient k 0,3 oder mehr und 1,0 oder weniger betragen. Wenn Al-Si-Cu, Al-Si oder Wolframsilizid verwendet werden, kann ein ähnliches Ergebnis erreicht werden.

Es ist aus den obigen Ergebnissen zu ersehen, daß zu einer ausreichenden Verminderung des Reflexionsvermögens gewisse Einschränkungen für die optischen Konstanten eines Kohlenstoffilmes aufgestellt werden müssen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß, falls der Brechungsindex n 1,3 oder mehr oder 2,5 oder weniger und der Extinktionskoeffizient k 0,3 oder mehr oder 1,0 oder weniger betragen, das Reflexionsvermögen auf 5% oder weniger unterdrückt und ein hoher Antireflexionseffekt mit jeglichem zu verarbeitenden Film und jedem Wert der Belichtungslicht-Wellenlänge λ erreicht werden können. Ein Kohlenstoffilm mit Diamantstruktur kann als ein Beispiel eines Kohlenstoffilmes angegeben werden, das außerhalb des oben beschriebenen Bereiches liegt. Da der Extinktionskoeffizient k eines Kohlenstoffilmes mit einer Diamantstruktur im wesentlichen 0 bei der Belichtungslicht-Wellenlänge λ von 200 nm oder mehr ist, wird dessen Antireflexionseffekt sehr klein.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen, zu verarbeitenden Filmen können weiterhin ein Metallfilm, ein Legierungsfilm, ein Silizidfilm und ein Halbleiterfilm verwendet werden. Beispielsweise können metallische Verbindungsfilme, wie beispielsweise ein Al-Si-Cu-Film, ein Al-Si-Film, ein MoSi_x-Film und ein WSi_x-Film verwendet werden.

Wie oben erläutert wurde, bietet die Erfindung einen großen Vorteil, wenn ein Metallfilm, ein Legierungsfilm, ein Silizidfilm, ein Halbleiterfilm o. dgl. als ein zu verarbeitender Film verwendet wird.

Die Dicke des bei der Erfindung verwendeten Kohlenstoffilmes kann in der folgenden Weise eingestellt werden.

Je dicker der Kohlenstoffilm ist, desto niedriger ist das Reflexionsvermögen des Filmes. Das Reflexionsvermögen hat den niedrigsten Wert, wenn der Film weniger als 100 nm dick ist. Wenn die Dicke des Filmes vermindert wird, nähert sich das Reflexionsvermögen dem für Kohlenstoff spezifischen Wert. Das spezifische Reflexionsvermögen von Kohlenstoff ist als das Reflexionsvermögen definiert, das der Kohlenstoffilm hat, wenn dessen Dicke unbestimmt groß ist. Damit genügt es, die Dicke des Kohlenstoffilmes auf einen Wert einzustellen, der dem Film ein Reflexionsvermögen verleiht, der von einem Mindestwert aufwärts reicht, jedoch kleiner ist als ein Höchstwert. Um die Ätzgenauigkeit soweit als möglich zu steigern, ist es wünschenswert, daß der Film eine Dicke von weniger als 100 nm hat.

Insbesondere ist es vorzuziehen, daß der Kohlenstoffilm eine derartige Dicke hat, die dem Film ein Reflexionsvermögen verleiht, das niedriger ist als der für Kohlenstoff spezifische Wert (beispielsweise stabil bei etwa 5% in dem in Fig. 8 gezeigten Fall).

Wenn die Dicke des Kohlenstoffilmes auf einen Wert eingestellt ist, der dem Film ein Reflexionsvermögen vermittelt, das von einem Mindestwert aufwärts reicht, jedoch nicht gleich einem Höchstwert ist, erzielt der Kohlenstoffilm einen ausreichenden Antireflexionseffekt und trägt zur Steigerung der Ätzgenauigkeit bei.

Die Fig. 45A bis 45G sind Schnitte, die die Schritte bei der Herstellung von Kontaktlöchern in einem Isoliert um gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.

Wie in Fig. 45A gezeigt ist, wird ein 1 µm dicker SiO₂-Film 12 auf einem Si-Substrat 11 gebildet, auf welchem (nicht gezeigte) Elemente erzeugt wurden. Danach wird eine 800 nm dicke Al-Verdrahtungsschicht (lichtreflektierer der Film) 13 auf dem SiO₂-Film 12 gebildet.

Wie in Fig. 45B gezeigt ist, wird ein 1 µm dicker SiO₂-Film 14 als eine Zwischenschicht-Isolierschicht auf der gesamten Oberseite der sich ergebenden Struktur erzeugt. In diesem Fall wird eine Stufe auf der Oberseite des SiO₂-Filmes 14 in Entsprechung mit der Al-Verdrahtungsschicht 13 gebildet.

Wie in Fig. 45C gezeigt ist, wird ein 80 nm dicker Kohlenstoffilm 15 auf dem SiO₂-Film (zu verarbeitender Film) 14 gebildet. Dieser Kohlenstoffilm 15 kann in einer Ar-Atmosphäre durch die Gleichstrom-Magnetron- Sputtermethode (Zerstäubungsmethode) gebildet werden, wobei eine Graphitplatte als ein Target bzw. Fotokathode dient. Die Bedingungen für die Erzeugung sind die folgenden: Raumtemperatur, ein Druck von 0,532 Pa (4 × 10^-3 Torr), eine Leistungsdichte von 3,5 W/cm² und ein Ar-Durchsatz von 40 SCCM. Wenn die Struktur des Kohlenstoffilmes 15 mittels Röntgenstrahlenbeugung geprüft wird, zeigt sich, daß die Struktur amorph oder mikrokristallin ist. Wenn zusätzlich optische Konstanten des Kohlenstoffilmes mittels eines optischen Ellipsometers gemessen werden, so zeigt sich, daß bei einer Wellenlänge des Belichtungslichtes von 365 nm der Brechungsindex n 1,86 und der Extinktionskoeffizient k 0,79 betragen. Wenn weiterhin der spezifische Widerstand des Kohlenstoffilmes 15 durch die Viersonden- bzw. Vierprobenmethode gemessen wird, so wird ein Wert von 0,3 Ωcm erhalten.

Danach wird, wie in Fig. 45D gezeigt ist, ein positives Fotoresist (fotoempfindliche Harzschicht: PFI 15AA, hergestellt durch Sumitomo Chemical Co.) 16 mit einer Dicke von 1,5 µm auf dem Kohlenstoffilm 15 geschichtet, und das Fotoresist 16 wird mit Licht mit einem (nicht gezeigten) Maskenmuster belichtet. Das Maskenmuster wird durch quadratische Kontaktlöcher von 0,5 µm² und 0,7 µm² gebildet. Die Belichtungslicht-Wellenlänge beträgt 365 nm.

Wie in Fig. 45E gezeigt ist, wird das Fotoresist 16 mittels einer Cholin als Hauptbestandteil enthaltenden Entwicklungslösung entwickelt, um ein Fotoresistmuster 16 zu bilden. Wenn dieses Fotoresistmuster 16 geprüft wird, zeigt sich, daß das Muster 16 im wesentlichen frei vom Einfluß einer Reflexion durch die Al-Verdrahtungsschicht 13 und das Substrat 11 bei dem Prozeß der Belichtung ist, und daß somit das Maskenmuster getreu übertragen wurde. Wenn zusätzlich der Kohlenstoffilm 15 geprüft wird, zeigt sich, daß eine Elution, Abschälen u. dgl. überhaupt nicht beobachtet werden.

Wie in Fig. 45F dargestellt ist, wird der Kohlenstoffilm 15 durch die RIE-Methode einer Musterbildung unterworfen, wobei O₂-Gas und das Fotoresistmuster 16 als eine Maske verwendet werden. Sodann wird der SiO₂-Film 14 durch die RIE-Methode einer Musterbildung unterworfen, wobei CF₄-Gas benutzt wird.

Schließlich werden, wie in Fig. 45G gezeigt ist, das Fotoresistmuster 16 und der Kohlenstoffilm gleichzeitig durch einen ein Sauerstoffplasma verwendenden Veraschungsprozeß entfernt.

In diesem Ausführungsbeispiel wird das Maskenmuster verwendet, das durch die quadratischen Kontaktlöcher von 0,5 µm² und 0,7 µm² gebildet ist. Das auf das Fotoresist 16 übertragene Muster hat quadratische Kontaktlöcher von 0,48 µm² und 0,7 µm². Die Schwankung in der Größe der Kontaktlöcher von 0,7 µm² innerhalb der Oberfläche einer 6-Zoll-Scheibe beträgt ±1,8%.

Zum Vergleich mit der oben beschriebenen Struktur wird eine Musterbildung eines Isolierfilmes durchgeführt, ohne einen Kohlenstoffilm zwischen einem Fotoresist und einem SiO₂-Film zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, daß eine Auflösung entsprechend einem 0,5 µm²-Muster nicht erhalten werden kann, und die Schwankung in der Größe von 0,70 µm²-Kontaktlöchern innerhalb der Oberfläche einer 6-Zoll-Scheibe beträgt ±8,8%.

Im folgenden werden Ursachen angegeben, warum das Maskenmuster getreu auf das Fotoresist 16 übertragen wird.

Die Stärke des Lichtes, das das Fotoresist 16 durchsetzt hat und das durch das Substrat 11 und die Al-Verdrahtungsschicht 13 reflektiert wurde, nimmt im Kohlenstoffilm 15 ab. Als Ergebnis ist die Stärke des durch das Substrat 11 und die Verdrahtungsschicht 13 reflektierten Lichtes ausreichend vermindert, und nahezu keine abnormale Belichtung wird durch dieses reflektierte Licht verursacht. Da zusätzlich das Reflexionsvermögen des Kohlenstoffilmes 15 niedrig ist, ist das Fotoresist 16 im wesentlichen frei von einer abnormalen Belichtung aufgrund des durch die Oberfläche des Kohlenstoffilmes 15 reflektierten Lichts. Da weiterhin die Stärke des reflektierten Lichtes niedrig ist, ändert sich die Größe eines Resistmusters nicht, selbst wenn sich die Dicke eines Isolierfilmes abhängig von der Lage ändert und sich die Phase des reflektierten Lichtes verschiebt.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird daher die Verzerrung des auf das Fotoresist 16 übertragenen Musters vermindert, und die Auflösung wird erhöht. Zusätzlich kann ein stabiles, gleichmäßiges, genaues Fotoresistmuster unabhängig von der Dicke des SiO₂-Filmes 12 erzeugt werden, wodurch eine sehr genaue und sehr zuverlässige Musterbildung des SiO₂-Filmes 14 erzielt wird.

Die Fig. 46A bis 46E sind Schnitte, welche die Schritte bei der Herstellung eines Isolierfilmmusters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.

Wie in Fig. 46A gezeigt ist, wird die Oberseite eines Si-Substrates 21 selektiv oxydiert, um einen SiO₂-Film 22 mit einer Dicke von 1 µm zu bilden. Danach werden ein 800 nm dicker SiO₂-Film 23 und ein 1 µm dicker polykristalliner Siliziumfilm (lichtreflektierender Film) 24 sequentiell auf dem Substrat 21 gebildet, auf dem der SiO₂-Film 22 erzeugt wurde. In diesem Fall wird eine Stufe auf der Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilms 24 in Entsprechung mit dem SiO₂-Film 22 erzeugt.

Wie in Fig. 46B dargestellt ist, wird ein SiO₂-Film 25 (zu verarbeitender Film) mit einer Dicke von 300 nm auf dem polykristallinen Siliziumfilm aufgetragen.

Sodann wird, wie in Fig. 46C gezeigt ist, ein 80 nm dicker Kohlenstoffilm 26 auf dem SiO₂-Film 25 aufgetragen.

Wie in Fig. 46D gezeigt ist, wird ein positives Fotoresist (fotoempfindliche Harzschicht: PFI 15AA, hergestellt durch Sumitomo Chemicals Co.) 27 mit einer Dicke von 1,5 µm auf den Kohlenstoffilm 26 geschichtet und das Fotoresist 27 wird mit einem (nicht gezeigten) Verdrahtungsmaskenmuster belichtet. In diesem Fall wird die Wellenlänge des Belichtungslichtes auf 365 nm eingestellt.

Wie in Fig. 46E gezeigt ist, wird das Fotoresist 27 mittels einer Entwicklungslösung entwickelt, um ein Fotoresistmuster 27 mit einer Breite von 0,8 µm zu erzeugen. Wie weiter unten näher erläutert werden wird, zeigt sich bei der Prüfung dieses Fotoresistmuster 27, daß das Muster 27 im wesentlichen frei vom Einfluß des durch den polykristallinen Siliziumfilm 24 reflektierten Lichtes ist und das Maskenmuster getreu übertragen wird.

Schließlich werden der Kohlenstoffilm 26 und der SiO₂-Film 25 geätzt, wobei das Fotoresistmuster 27 als eine Maske verwendet wird, und der Kohlenstoffilm 26 sowie das Fotoresistmuster 27 werden durch einen Veraschungsprozeß abgetragen.

Die Fig. 47A und 47B sind Draufsichten, welche Fotoresistmuster zeigen, die jeweils durch das Verfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels bzw. durch die herkömmliche Methode erzeugt sind. In den Fig. 47A und 47B zeigen schraffierte Teile Fotoresistmuster.

Wie in Fig. 47A gezeigt ist, werden bei dem Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel keine getrennten Teile in dem Fotoresistmuster 27 beobachtet, und es ist offensichtlich, daß das Maskenmuster getreu auf das Fotoresist 27 übertragen werden kann.

Wenn im Gegensatz hierzu, wie in Fig. 47B gezeigt ist, ein Fotoresist 27a durch die herkömmliche Methode einer Musterbildung unterworfen ist, so wird eine große Anzahl von getrennten Teilen 28 in einem Fotoresistmuster 27a insbesondere in der Lage mit hoher Stufe beobachtet. Dies beruht darauf, daß bei der herkömmlichen Methode ein verzerrtes Muster auf das Fotoresist 27a aufgrund des durch die Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilmes 24 reflektierten Belichtungslichtes übertragen wird. Es sei angemerkt, daß eine Zwischenschicht-Isolierschicht 25a vorgesehen ist.

Im folgenden werden die Ursachen erläutert, warum das Maskenmuster getreu auf das Fotoresist 27 übertragen werden kann.

Da die Stärke des Lichtes, das das Fotoresist 27 durchsetzt hat und durch das polykristalline Silizium 24 reflektiert wurde, in dem Kohlenstoffilm 26 abnimmt, und da die Stärke des durch das Substrat 21 und das polykristalline Silizium 24 reflektierten Lichtes ausreichend vermindert ist, wird das Fotoresist 27 kaum durch dieses reflektierte Licht abnormal belichtet. Selbst wenn die Dicke des Isolierfilmes abhängig von der Lage schwankt und sich die Phase des reflektierten Lichtes verschiebt, ändert sich zusätzlich die Größe oder Abmessung des Resistmusters nicht.

Daher kann gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Erzeugen des Kohlenstoffilmes 26 zwischen dem SiO₂-Film 25 und dem Fotoresist 27 die Verzerrung des auf das Fotoresist 27 übertragenen Maskenmusters vermindert werden, und die Auflösung kann gesteigert werden. Selbst wenn zusätzlich die Dicke des SiO₂-Filmes 25 oder des Kohlenstoffilmes 26 als eine unten liegende Schicht nicht gleichmäßig ist, kann ein stabiles, gleichmäßiges, genaues Fotoresistmuster erzeugt werden. Daher kann eine sehr genaue, sehr zuverlässige Musterbildung des Fotoresists 27 verwirklicht werden, der SiO₂-Film 25 oder der polykristalline Siliziumfilm 24 als eine unten liegende Schicht können mit hoher Genauigkeit verarbeitet werden, und die Produktausbeute kann erhöht werden.

In jedem der zweiten und dritten Ausführungsbeispiele wird beispielsweise ein 80 nm dicker Kohlenstoffilm vorgesehen. Jedoch können die Erfinder bestätigen, daß die Stärke des reflektierten Lichtes ausreichend vermindert werden kann, wenn die Dicke des Kohlenstoffilmes auf 80 nm oder mehr eingestellt wird.

Die Fig. 48 bis 59 sind Diagramme, auf welchen obige Bestätigung beruht. Die Fig. 48 und 49 sind Diagramme, welche jeweils die Beziehungen zwischen der Dicke eines SiO₂-Filmes und dem Reflexionsvermögen (das Verhältnis der Stärke des in den Resistfilm einfallendes Lichtes zu der Stärke des reflektierten Lichtes) in Fällen zeigen, in denen ein polykristalliner Siliziumfilm und ein Al-Film jeweils auf dem SiO₂-Film erzeugt sind, wobei eine Dicke d eines Kohlenstoffilmes auf 0 nm eingestellt ist (d. h. ohne einen Kohlenstoffilm). In ähnlicher Weise sind die Fig. 50 und 51 Diagramme, die jeweils die Beziehungen zwischen der Dicke eines SiO₂-Filmes und dem Reflexionsvermögen zeigen, wobei die Dicke eines Kohlenstoffilmes auf 20 nm eingestellt ist. Die Fig. 52 und 53 sind Diagramme, die jeweils die Beziehungen zwischen der Dicke eines SiO₂-Filmes und dem Reflexionsvermögen zeigen, wobei die Dicke eines Kohlenstoffilmes auf 40 nm eingestellt ist. Die Fig. 54 und 55 sind Diagramme, die jeweils die Beziehungen zwischen der Dicke eines SiO₂-Filmes und dem Reflexionsvermögen zeigen, wobei die Dicke eines Kohlenstoffilmes auf 60 nm eingestellt ist. Die Fig. 56 und 57 sind Diagramme, die jeweils, die Beziehungen zwischen der Dicke eines SiO₂-Filmes und dem Reflexionsvermögen zeigen, wobei, die Dicke eines Kohlenstoffilmes auf 80 nm eingestellt ist. Die Fig. 58 und 59 sind Diagramme, die jeweils die Beziehungen zwischen der Dicke eines SiO₂-Filmes und dem Reflexionsvermögen zeigen, wobei die Dicke eines Kohlenstoffilmes auf 100 nm eingestellt ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß jedes Reflexionsvermögen bestimmt wird, in dem die Belichtungslicht-Wellenlänge λ = 364 nm eingestellt wird und die optischen Konstanten gemäß Tab. 1 sowie die folgenden Gleichungen (3) verwendet weden, die für Mehrfachreflexion aufgestellt sind.

Dabei bedeuten d_B die Dicke eines SiO₂-Filmes, d_C die Dicke eines Kohlenstoffilmes, λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes, NA die optische Konstante eines lichtreflektierenden Filmes (polykristalliner Siliziumfilm, Al-Film), N_C die optische Konstante des Kohlenstoffilmes, N_B die optische Konstante des SiO₂-Filmes, NR die optische Konstante eines Fotoresists r_R = (N_R - N_C)/(N_R + N_C) und r_C = (N_C - N_B)/(N_C + N_B) uns r_B = (N_B - N_A)/(N_B + N_A). Es sei darauf hingewiesen, daß die optische Konstante N durch N = n - ik (n: Brechungsindex, k: Extinktionskoeffizient) dargestellt ist.

Es ist aus diesen Diagrammen ersichtlich, daß, wenn die Dicke d_C des Kohlenstoffilmes 80 nm oder mehr beträgt, ein Reflexionsvermögen von 10% oder weniger unabhängig von dem polykristallinen Siliziumfilm oder dem Al-Film oder der Dicke d_B des SiO₂-Filmes erhalten wird.

Zusätzlich ist aus diesen Diagrammen zu ersehen, daß sich das Reflexionsvermögen periodisch gemäß der Dicke d_B des SiO₂-Filmes ändert. Diese Änderung im Reflexionsvermögen wird durch die Interferenz zwischen dem reflektierten Licht und dem einfallenden Licht auf der Oberfläche des polykristallinen Silizium- oder Al-Filmes, die Interferenz zwischen dem reflektierten Licht und dem einfallenden Licht auf der Oberfläche des SiO₂-Filmes, die Interferenz zwischen dem durch die Oberfläche des Kohlenstoffilmes reflektierten Licht und dem durch die Oberfläche des polykristallinen Silizium- oder Al-Filmes reflektierten Licht o. dgl. verursacht. Die Periode der Änderung entspricht 1/2 eines Wertes, der durch Dividieren der Wellenlänge des einfallenden Lichtes durch den Brechungsindex des SiO₂-Filmes erhalten wird, d. h. etwa 120 nm. Es ist offensichtlich, daß eine derartige periodische Änderung im Reflexionsvermögen sehr klein ist, wenn die Dicke d_C des Kohlenstoffilmes 80 nm oder mehr ist.

Die Erfinder haben auch die Abhängigkeit der Lichtabsorption eines Kohlenstoffilmes von seiner Dicke geprüft. Fig. 60 zeigt das Ergebnis. Das heißt, Fig. 60 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Absorptionsvermögen I/I₀ und der Dicke eines Kohlenstoffilmes angibt. In diesem Fall stellt I die Stärke des übertragenen Lichtes dar, während I₀ die Stärke des einfallenden Lichtes angibt.

Wenn angenommen wird, daß die Dicke und der Extinktionskoeffizient eins Kohlenstoffilmes jeweils durch d und k gegeben sind und die Wellenlänge des Lichtes durch λ wiedergegeben wird, so ist das Absorptionsvermögen I/I₀ gegeben durch:

I/I₀ = exp(-4πkd/λ) ...(4)

Fig. 60 zeigt einen Fall, in welchem k = 0,79 und λ = 365 nm vorliegen.

Obwohl Fig. 60 die Abhängigkeit der Dicke des Kohlenstoffilmes vom Absorptionsvermögen I/I₀ angibt, ist aus Gleichung (4) zu ersehen, daß das Absorptionsvermögen I/I₀ auch vom Extinktionskoeffizienten k und der Wellenlänge λ abhängt. Daher kann das Reflexionsvermögen auf 10% oder weniger vermindert werden, selbst wenn die Dicke des Kohlenstoffilmes kleiner als 80 nm ist, obwohl anhand der Fig. 48 bis 59 erläutert wurde, daß das Reflexionsvermögen auf 10% oder weniger vermindert wird, wenn die Dicke des Kohlenstoffilmes 80 nm oder mehr ist.

Das heißt, das Einsetzen von d = 80, k = 0,79 und λ = 365 in kd/λ liefern 0,173. Solange daher die Beziehung kd/λ ≧ 0,173 erfüllt ist, können die Stärken des durch die jeweiligen Arten von lichtreflektierenden Filmen reflektierten Lichtes im wesentlichen auf den gleichen Wert unabhängig von Änderungen in der optischen Konstante eines lichtreflektierenden Filmes als eine Unterschicht, wie beispielsweise eines polykristallinen Siliziumfilmes oder eines Al-Filmes, eines transparenten Filmes, wie beispielsweise eines SiO₂-Filmes, und eines Kohlenstoffilmes, und Änderungen in der Wellenlänge des Belichtungslichtes gedrückt werden. Damit kann eine hervorragende Musterbildung wie in den obigen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden. Jedoch erfüllt ein Kohlenstoffilm, dessen Extinktionskoeffizient k im wesentlichen 0 bei der Wellenlänge λ von 200 nm oder mehr ist, d. h. ein Diamantfilm, nicht die obige Beziehung und kann somit nicht verwendet werden.

Im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel wird ein polykristalliner Siliziumfilm oder ein Al-Film als ein lichtreflektierender Film verwendet. Jedoch können andere Metallfilme, Legierungsfilme, Silizidfilme und Halbleiterfilme benutzt werden. Obwohl ein SiO₂-Film als ein Isolierfilm im Beispiel als ein zu Verarbeitender transparenter Film angegeben ist, können zusätzlich andere Oxydfilme und Nitridfilme als transparente isolierende Filme benutzt werden.

Die Fig. 61A bis 61I sind Schnitte, die die Schritte bei der Herstellung eines Isolierfilmmuster gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutern.

Wie in Fig. 61A gezeigt ist, wird ein SiO₂-Film (zu verarbeitender Film) 32 mit einer Dicke von 1 µm auf einem Si-Substrat (lichtreflektierender Film) 31 gebildet, auf welchem gewünschte Elemente durch die Plasma-CVD-Methode (CVD = chemische Dampfabscheidung) erzeugt worden sind. Der SiO₂-Film hat eine Schwankung von ±8% in der Filmdicke.

Wie in Fig. 61B gezeigt ist, wird ein 100 nm dicker Kohlenstoffilm 33 auf den SiO₂-Film 32 durch die Sputtermethode gebildet, wobei eine Graphitplatte als ein Target verwendet wird.

Sodann wird, wie in Fig. 61C gezeigt ist, ein positives Fotoresist (Fotoresistharz: RFI 15AA, hergestellt durch Sumitomo Chemical Co.) 34 auf den Kohlenstoffilm 33 geschichtet, und das Fotoresist 34 wird mit einem (nicht gezeigten) Maskenmuster belichtet. In diesem Schritt wird die Belichtungslicht-Wellenlänge λ auf 365 nm eingestellt.

Wie in Fig. 61D gezeigt ist, wird das Fotoresist 34 entwickelt, um ein Fotoresistmuster 35 zu bilden.

Schließlich werden, wie in Fig. 61E gezeigt ist, der Kohlenstoffilm 33 und der Isolierfilm 32 einer Musterbildung mittels des Fotoresistmusters 35 als Maske unterworfen, und das Fotoresistmuster 35 und der Kohlenstoffilm 33 werden durch einen Veraschungsprozeß entfernt.

In dem oben beschriebenen Verfahren wird ein Maskenmuster durch quadratische Kontaktlöcher von 0,5 µm² und 0,7 µm² gebildet. Das auf das Fotoresist 34 übertragene Muster hat quadratische Kontaktlöcher von 0,48 µm² und 0,7 µm². Eine Schwankung in der Größe oder Abmessung der Kontaktlöcher von 0,7 µm² innerhalb der Oberfläche einer 6-Zoll-Scheibe beträgt ±1,8%.

Zum Vergleich mit der oben beschriebenen Struktur wird eine Musterbildung eines Isolierfilmes durchgeführt, ohne einen Kohlenstoffilm zwischen einem Fotoresist und einem SiO₂-Film zu erzeugen. Es hat sich gezeigt, daß eine Auflösung entsprechend einem 0,50 µm²-Muster nicht erhalten werden kann, und eine Schwankung in der Größe oder Abmessung von 0,70 µm²-Kontaktlöchern innerhalb der Oberfläche einer 6-Zoll-Scheibe beträgt ±8,8%.

Die Ursache für die obigen Ergebnisse ist die folgende:
Die Stärke des Lichtes, das das Fotoresist 34 durchsetzt hat, nimmt im Kohlenstoffilm 33 ab, so daß die Stärke des durch das Substrat 31 oder die metallische Verdrahtungsschicht auf dem Substrat 31 reflektierten Lichtes ausreichend vermindert ist. Selbst wenn die Dicke des Isolierfilmes abhängig von der Lage schwankt und sich die Phase des reflektierten Lichtes ändert, ändert sich die Abmessung oder Größe des Resistmusters daher nicht.

Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann somit die Verzerrung des auf das Fotoresist 34 übertragenen Maskenmusters vermindert werden, und die Auflösung kann erhöht werden, um so ein stabiles, gleichmäßiges, genaues Fotoresistmuster zu bilden. Mit diesem Fotoresist kann eine sehr genaue, sehr zuverlässige Musterbildung des SiO₂-Filmes 32 durchgeführt werden.

Im zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel wird als Beispiel ein SiO₂-Film als ein zu verarbeitender transparenter Film verwendet. Jedoch kann der gleiche Effekt, wie oben beschrieben wurde, mit anderen Arten von Filmen erhalten werden, beispielsweise mit einem Siliziumnitridfilm und einem Harzfilm. Zusätzlich ist eine unten liegende Schicht eines zu verarbeitenden Filmes nicht auf ein Si-Substrat beschränkt. Beispielsweise können andere lichtreflektierende Filme, beispielsweise Metallfilme, wie z. B. ein Al-Film, ein Ni-Film, eine W-Film und ein Cu-Film, metallische Verbindungsfilme, wie z. B. ein Al-Si-Cu-Film, ein Al-Si-Film, ein MoSi_x-Film und WSi_x-Film sowie metallische Verbindungsverdrahtungsschichten verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise wird in den obigen Ausführungsbeispielen ein Kohlenstoffilm durch die Sputtermethode gebildet. Jedoch kann ein Kohlenstoffilm durch andere Filmerzeugungsmethoden, wie beispielsweise durch eine Vakuum-Heiz-Abscheidungsmethode geliefert werden.

In den obigen Ausführungsbeispielen wird ein positives Fotoresist verwendet. Jedoch können andere Fotoresistmaterialien, wie beispielsweise ein negatives Fotoresist, benutzt werden. Das Verfahren, das ein negatives Fotoresist verwendet, ist insbesondere wirksam, wenn die Belichtungsfläche eines Kontaktlochmusters groß ist.

Zusätzlich wird in den obigen Ausführungsbeispielen Licht mit einer Wellenlänge von 365 nm als Belichtungslicht benutzt. Jedoch kann der gleiche Effekt, wie oben beschrieben ist, mit jedem anderen Belichtungslicht mit einer Wellenlänge im Bereich von 180 nm bis 530 nm erzielt werden.

Zahlreiche Änderungen und Abwandlungen sind innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich.

Da, wie oben in Einzelheiten beschrieben wurde, erfindungsgemäß ein Kohlenstoffilm zwischen einem zu verarbeitenden Film und einem Fotoresist erzeugt wird, nimmt die Stärke des Lichtes, das das Fotoresist durchsetzt hat, im Kohlenstoffilm ab. Als Ergebnis ist die Stärke des reflektierten Lichtes des Belichtungslichtes ausreichend vermindert, und das Fotoresist ist im wesentlichen frei von einer abnormalen Belichtung aufgrund des reflektierten Lichtes.

Da die Verzerrung eines auf das Fotoresist übertragenen Musters unterdrückt werden kann, kann der zu verarbeitende Film mit einer hohen Genauigkeit einer Musterbildung unterworfen werden, indem das Muster des Fotoresists als eine Maske verwendet wird, um so die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zu verbessern und die Produktausbeute zu steigern.

Claims

1. Belichtungsverfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte:
Bilden einer Kohlenstoffschicht (6) auf einer lichtreflektierenden Schicht (5);
Bilden einer fotoempfindlichen Harzschicht (7) auf der Kohlenstoffschicht (6);
selektives Einstrahlen von Licht auf die fotoempfindliche Harzschicht (7);
Bilden eines fotoempfindlichen Harzmusters (7) durch Entwickeln der fotoempfindlichen Harzschicht (7), die selektiv mit dem Licht bestrahlt ist;
Bilden eines Kohlenstoffmusters (6) durch Ätzen der Kohlenstoffschicht (6), wobei das fotoempfindliche Harzmuster (7) als eine Maske verwendet wird; und
Bilden eines lichtreflektierenden Musters (5) durch Ätzen der lichtreflektierenden Schicht (5), wobei das fotoempfindliche Harzmuster oder das Kohlenstoffmuster (6) als eine Maske verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Dicke der Kohlenstoffschicht (6) auf einen Wert von 38 nm bis 78 nm eingestellt wird, so daß das gesamte Reflexionsvermögen des durch die lichtreflektierende Schicht (5) reflektierten Lichtes und des durch die Kohlenstoffschicht (6) reflektierten Lichtes niedriger ist als ein eigenes Reflexionsvermögen der Kohlenstoffschicht (6), und
die Kohlenstoffschicht (6) einen Brechungsindex von 1,3 bis 2,5 und einen Extinktionskoeffizienten von 0,3 bis 1,0 bei einer Lichtwellenlänge im Bereich von λ = 250 nm bis λ = 440 nm hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffschicht (6) durch Sputtern bzw. Zerstäuben gebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Schicht (5) im wesentlichen aus einem Metall besteht, das aus der aus einem Metall, einer Metallegierung, einem Metallsilizid und einem Halbleiter bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Schicht (5) im wesentlichen aus einem Material besteht, das aus der aus Al, Ag, Cu, Mo, Molybdänsilizid und polykristallinem Silizium bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtreflektierende Muster (5) eine Zwischenverbindungsschicht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoempfindliche Harzschicht aus einem Fotoresist besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffschicht (6) eine Dicke hat, die die folgende Beziehung (1) erfüllt:
wobei d_B die Dicke der Kohlenstoffschicht (6), λ die Wellenlänge von Belichtungslicht, N_A eine optische Konstante der lichtreflektierenden Schicht (5), N_B eine optische Konstante der Kohlenstoffschicht (6), N_R eine optische Konstante der fotoempfindlichen Harzschicht (7) bedeuten und r_B = (N_R - N_B)/(N_R + N_B) und r_B = (N_B - N_A)/(N_B + N_A) gilt.

8. Belichtungsverfahren für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend die folgenden Schritte:
Bilden einer transparenten Schicht (25) auf einer lichtreflektierenden Schicht (24);
Bilden einer Kohlenstoffschicht (26) auf der transparenten Schicht (25);
Bilden einer fotoempfindlichen Harzschicht (27) auf der Kohlenstoffschicht (26);
selektives Einstrahlen von Licht auf die fotoempfindliche Harzschicht (27);
Bilden eines fotoempfindlichen Harzmusters (27) durch Entwickeln der fotoempfindlichen Harzschicht (27), die selektiv mit dem Licht bestrahlt ist;
Bilden eines Kohlenstoffmusters (26) durch Ätzen der Kohlenstoffschicht (26), wobei das fotoempfindliche Harzmuster (27) als eine Maske verwendet wird; und
Bilden eines transparenten Schichtmusters (25) durch Ätzen der transparenten Schicht (25), wobei das fotoempfindliche Harzmuster (27) oder das Kohlenstoffmuster (26) als eine Maske verwendet wird, so daß die Dicke d der Kohlenstoffschicht (26), der Extinktionskoeffizient k der Kohlenstoffschicht (26) und die Wellenlänge λ des Belichtungslichtes die Beziehung 0,17 ≦ kd/λ erfüllen,
wobei die Kohlenstoffschicht (26) eine Dicke von 80 nm bis 200 nm, einen Brechungsindex von 1,3 bis 2,5 und einen Extinktionskoeffizienten von 0,3 bis 1,0 hat.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoffschicht (26) durch Sputtern bzw. Zerstäuben gebildet ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Schicht (24) im wesentlichen aus einem Material besteht, das aus der aus einem Metall, einer Metallegierung, einem Metallsilizid, einem Halbleiter bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierende Schicht (24) im wesentlichen aus einem Material besteht, das aus der aus Al, Ag, Cu, Mo, Molybdänsilizid und polykristallinem Silizium bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoempfindliche Harzschicht (27) aus einem Fotoresist besteht.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Schicht (25) im wesentlichen aus einem Material besteht, das aus der aus Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und einem synthetischen Harz bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Schicht (25) eine Zwischenschicht-Isolierschicht ist.