DE4407044A1 - Maske und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Maske und Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Maske für die Halbleiter-Photolithographie- Technik sowie auf ein Verfahren zu deren Herstellung.
Allgemein ist bekannt, daß durch Photolithographietechnik verschiedene Halbleiterstrukturen gebildet werden können. Die Photolithographietechnik kann grob in zwei Prozesse unterteilt werden.
Als erstes wird ein Photoresist, dessen Löslichkeit durch Strahlung, wie zum Beispiel einen Ultraviolett-, Röntgen- oder Elektronenstrahl, verändert wird, auf einen auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten isolierenden oder leitfähigen Film aufgebracht, d. h. auf einen Film, auf dem eine Struktur zu erzeugen ist. Ein vorgegebener Bereich des Photoresists wird unter Verwendung einer Maske der Strahlung ausgesetzt, und der Bereich mit einer hohen Löslichkeit wird durch einen Entwicklungsprozeß entfernt, um dadurch eine Photoresiststruktur zu bilden.
Als zweites wird der dadurch freigelegte Bereich des Films durch einen Ätzprozeß entfernt, um dadurch verschiedene Arten von Strukturen, wie eine Verdrahtung oder Elektroden, zu bilden.
In jüngster Zeit wird die Photolithographie aufgrund hoher Packungsdichte der Halbleiterbauelemente zu einem wichtigen Prozeß. Speziell wird, da ein Halbleiterbauelement mit fortschreitendem Herstellungsvorgang den wiederholten Prozeß aufeinanderfolgender Bildung und Strukturierung einer Mehrzahl von Filmen auf einem Halbleitersubstrat durchläuft, eine hohe Packungsdichte auf dem Halbleiterbauelement erzielt, wenn auf einem gestuften Aufbau eine feine Struktur gebildet werden kann.
Fig. 1 zeigt ein Verfahren zur Bildung einer Struktur mittels des herkömmlichen Verfahrens.
Wenn eine Maske (2), auf der eine Maskenstruktur gebildet ist, mit ultraviolettem Licht oder einem Elektronenstrahl (1) bestrahlt wird, wird die Maskenstruktur über eine Projektionslinse (3) eines Steppers auf ein Photoresist projiziert, der auf einem Halbleiterwafer mit Stufen (110) ausgebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das oben auf den Stufen (110) ausgebildete Photoresist ausreichend belichtet (das Bezugszeichen (4) bezeichnet ein belichtetes Photoresist und (5) bezeichnet ein unbelichtetes Photoresist), während das auf den Wafergebieten ausgebildete Photoresist (6) unterbelichtet ist. Demzufolge verbleibt nach der Entwicklung noch das bei (B) in Fig. 1 gezeigte Photoresist. Dies liegt daran, daß ein oben auf den Stufen (110) ausgebildetes Photoresist viel dünner ist als jenes, das auf den Wafergebieten ausgebildet ist, die sich unten an den Stufen befinden, wenn ein Photoresist auf einen Halbleiterwafer mit Stufen (110) aufgebracht wird. Somit ist, wenn eine Belichtung durchgeführt wird, die belichtete Tiefe an Photoresist, der auf Wafergebieten ausgebildet ist, die sich unten an den Stufen befinden, unzureichend. Daher kann das Photoresist, das sich unten an den Stufen befindet, eine Brücke zwischen Strukturen aufweisen, wodurch die Erzeugung einer exakten Struktur erschwert wird.
Um das oben erwähnte Problem zu überwinden, wurde ein Mehrschicht-Resist(MLR)- Verfahren vorgeschlagen. Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Bildung einer feinen Struktur unter Verwendung des MLR-Verfahrens.
Im Detail wird ein unteres Photoresist (20) auf einen Halbleiterwafer mit einer Stufenstruktur (110) aufgebracht, und ein oberes Photoresist wird durch Anbringen eines isolierenden Materials (22), d. h. einer Art von Oxidfilm, aufgebracht. Daraufhin wird der Halbleiterwafer unter Verwendung einer Maske (2) und einer Projektionslinse (3) mit Licht (1) bestrahlt, so daß das obere Photoresist belichtet werden kann, wie bei (A) in Fig. 2 gezeigt (das Bezugszeichen (24) ist ein unbelichtetes oberes Photoresist, (25) ein belichtetes oberes Photoresist). Dann wird das obere Photoresist (25) entwickelt, um eine obere Photoresiststruktur (24a), wie in (B) gezeigt, zu bilden. Daraufhin wird, wie bei (C) in Fig. 2 gezeigt, das isolierende Material (22) unter Verwendung der oberen Photoresiststruktur (24a) als Ätzmaske anisotrop geätzt, um dadurch eine isolierende Struktur (22a) zu bilden, und das untere Photoresist (20) wird anisotrop geätzt, um dadurch eine untere Photoresiststruktur (20a) zu bilden.
Wenn eine feine Struktur auf einem Halbleiterwafer mit einer Stufenstruktur unter Verwendung des MLF-Verfahrens erzeugt wird, wird lediglich das obere Photoresist ausgebildet, belichtet und entwickelt, und ein isolierendes Material sowie das untere Photoresist werden unter Verwendung des entwickelten oberen Photoresists als Ätzmaske anisotrop geätzt, um dadurch eine Struktur zu erzeugen. Daher kann kein Rückstand eines Photoresists auf den Halbleitergebieten erzeugt werden, die sich unten an den Stufen befinden.
Das MLR-Verfahren ist jedoch zu kompliziert und die Produktivität ist gering, was eine Zunahme der Kosten verursacht. Zusätzlich können durch anisotropes Ätzen Defekte auf einem Halbleiterwafer erzeugt werden.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Maske, mit der mit geringem Aufwand auf einem mit Stufen versehenen Halbleiterwafer fehlerfrei eine feine Struktur erzeugbar ist, sowie eines Verfahrens zu deren Herstellung zugrunde.
Dieses Problem wird durch eine Maske mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 oder 23 gelöst. Durch die zu den Stufen auf dem Halbleiterwafer korrespondierende Stufenbildung auf der Maske kann in gleich geeigneter Weise derselbe Belichtungsfokus für die tieferen Waferbereiche und für die erhöhten Bereiche auf den Stufen des Wafers verwendet werden. In beiden Bereichen läßt sich daher eine einwandfreie Durchbelichtung eines aufgebrachten Photoresists erzielen, so daß kein unerwünschtes Photoresist nach der Entwicklung zurückbleibt und daher feine Strukturen fehlerfrei auf dem Wafer erzeugbar sind.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und unter Berücksichtigung der nachfolgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele.
Bevorzugte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie die zu deren besserem Verständnis eingangs beschriebenen herkömmlichen Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen zeigt
Fig. 1 ein Verfahren zur Bildung einer Struktur durch das herkömmliche Verfahren,
Fig. 2 ein Verfahren zur Bildung einer feinen Struktur unter Verwendung eines Mehrschicht-Photoresist-Verfahrens (MLR),
Fig. 3 das Projektionsprinzip des grundlegenden optischen Systems,
Fig. 4 ein Verfahren zur Bildung einer feinen Struktur unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Maske der ersten Art,
Fig. 5 bis 12 Querschnittsansichten, die eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Maske der ersten Art veranschaulichen,
Fig. 13 bis 16 Querschnittsansichten, die eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Maske der ersten Art veranschaulichen,
Fig. 17 eine Querschnittsansicht, die eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Maske der ersten Art veranschaulicht,
Fig. 18 eine Querschnittsansicht, die ein Verfahren zur Erzeugung einer feinen Struktur unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Maske der zweiten Art veranschaulicht,
Fig. 19 und 20 Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Bildung der erfindungsgemäßen Maske der zweiten Art veranschaulichen, und
Fig. 21 und 22 Querschnittsansichten, die ein Simulationsergebnis der Erzeugung einer Photoresiststruktur unter Verwendung der erfindungsgemäßen Maske der zweiten Art veranschaulichen.
Fig. 3 zeigt das Projektionsprinzip des grundlegenden optischen Systems. Als erstes wird nachfolgend das Prinzip zur Erzeugung einer Abbildung erläutert.
Wenn eine Phase gebildet und ein Brennpunkt eines optischen Systems mit "F" angenommen wird, geht das von einem Gegenstand "O" parallel bezüglich der optischen Achse einfallende Licht durch den Brennpunkt (F), und das durch den Mittelpunkt des optischen Systems gehende Licht läuft ungebrochen durch. Ein korrektes Bild "I" wird an dem Punkt erzeugt, an dem sich das durchlaufende Licht und das durch den Brennpunkt gehende Licht schneiden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, werden gemäß den obigen Prinzipien, wenn sich auf den Linien (10) und (11) der optischen Achse, die im Abstand (c) voneinander benachbart zu einem optischen System (9) liegen, jeweils ein Gegenstand mit Pfeil befindet, entgegengesetzte Phasen (12) und (13) auf der Projektionsoberfläche erzeugt. Der Gegenstand mit Pfeil (10) wird auf das Gebiet (12) abgebildet, während der Gegenstand mit Pfeil (11) auf das Gebiet (13) abgebildet wird, das im Abstand "d" vom Gebiet (12) liegt. Hierbei wird die Größe des Bildes (I) gemäß einer Vergrößerung (m) des optischen Systems bestimmt. Die Vergrößerung kann wie folgt ausgedrückt werden:
Die Vergrößerung des für die übliche Halbleiter-Lithographietechnik benutzten optischen Systems beträgt 1 : 1, 1 : 4, 1 : 5 oder 1 : 10. Hier besitzt, wenn für das Bild (I) "d" als Stufe auf einem Halbleiterwafer angenommen wird, der Gegenstand Stufen im Abstand "c". Deshalb kann, wenn proportional zu der Höhe der Stufen auf dem Halbleiterwafer Stufen auf einer Maske gebildet sind und wenn entgegengesetzt zu der Stufenstruktur auf dem Halbleiterwafer eine Stufenstruktur auf einer Maske gebildet wird, der Halbleiterwafer mit dem gleichen Belichtungsbrennpunkt bestrahlt werden.
Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur Erzeugung einer feinen Struktur unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Maske einer ersten Art, die basierend auf dem in Fig. 3 beschriebenen Prinzip hergestellt wurde.
Wenn eine Maske (14), auf der eine Maskenstruktur gebildet ist, mit ultraviolettem Licht oder einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, wird die Maskenstruktur aufgrund der Strahlung über die Projektionslinse (3) eines Stepppers auf ein auf einem Halbleiterwafer mit Stufen (110) ausgebildetes Photoresist projiziert.
Speziell ist, wie bei "A" in Fig. 4 gezeigt, wenn ein Photoresist auf einen Halbleiterwafer mit Stufen (110) aufgebracht ist, das Photoresist unten an den Stufen dicker aufgebracht als oben auf den Stufen.
Wie bei "A" in Fig. 4 gezeigt, gibt es, wenn angenommen wird, daß "a" eine Linie bei der halben Dicke des Photoresists oben auf den Stufen und "b" eine Linie bei der halben Dicke des Photoresists unten an den Stufen ist, Stufen auf dem Halbleiterwafer, die "a-b", d. h. der Differenz der Dicke zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der Stufen, entsprechen.
Die beste Belichtung wird erzielt, wenn eine transparente Linse auf den Punkt der halben Dicke des Photoresists fokussiert. Wenn daher eine Maske so gefertigt wird, daß den Stufen vom Grad "a-b", dem Dickenunterschied jeweiliger Photoresiste im oberen beziehungsweise unteren Stufenbereich, solche vom Grad "A-B" auf der Maske entsprechen, wird, wie oben beschrieben, derselbe Belichtungsfokus auf den unteren und oberen Stufenbereichen des Halbleiterwafers gebildet, um dadurch eine korrekte Struktur zu bilden.
Hierbei entspricht die Höhe der Stufe "A-B" auf der Maske "a-b" auf dem Halbleiterwafer im Fall einer transparenten 1 : 1-Linse, und beträgt im Fall einer transparenten 1 : 5-Linse "25× (a-b)", d. h. "a-b", was eine Stufe auf dem Halbleiterwafer darstellt, multipliziert mit 25. Das heißt, es ist wünschenswert, eine Dicke von "A-B", d. h. Stufe auf der Maske, als "Stufe (a-b) × Vergrößerung einer transparenten Linse" zu haben.
Außerdem wirkt ein Stufengrenzgebiet (Bezugszeichen "p" in Fig. 12) auf der Maske als eine phasenschiebende Maske ohne Chrom. Und so kann aufgrund der Phasendifferenz des Lichtes in den Gebieten mit beziehungsweise ohne Stufen auf der Maske eine dünne Linie auf dem Halbleiterwafer erzeugt werden. Daher muß die Stufe auf der Maske so gesteuert werden, daß die Phasendifferenz nicht 180° beträgt. Eine Höhe der Stufe zur Erzielung einer Phasendifferenz von wünschenswerterweise 360°, nicht 180°, kann wie folgt ausgedrückt werden:
Dieser Ausdruck kann wie folgt umgeschrieben werden:
wobei, wenn 2π für eine Phasendifferenz substituiert wird, das Ergebnis wie folgt ausgedrückt wird:
wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle, n der Brechungsindex einer Maske und t die Stufenhöhe ist. Das heißt, wenn t = λ/(n-1), die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle Infrarot-Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm ist und Quarz (dessen Brechungsindex n gleich 1,5 ist) als ein Maskensubstrat verwendet wird, dann ist
Das heißt, es müssen Stufen mit einer Höhe von 730 nm auf der Maske erzeugt werden, wenn die Maske eine Phasendifferenz von 360° haben soll.
Hierbei kann, wenn ein Stepper, dessen transparente Linse eine Vergrößerung von 1 : 5 aufweist, verwendet wird, die Stufenhöhe eines Halbleiterwafers wie folgt ausgedrückt werden:
Das heißt, wenn Stufen von 292 Å auf dem Halbleiterwafer vorhanden sind, weist eine Maske dann eine Phasendifferenz von 360° auf, wenn Stufen von 730 nm (7300 Å) auf der Maske gebildet werden. Daher kann die Wirkung einer phasenschiebenden Maske ohne Chrom beseitigt werden und ein schlechter Belichtungsfokus auf den Gebieten ohne Stufen verbessert werden. Hierbei ist eine Phasendifferenz von 360° am meisten wünschenswert, um die Wirkung einer phasenschiebenden Maske ohne Chrom zu beseitigen. Die Wirkung einer phasenschiebenden Maske ohne Chrom kann jedoch, wenngleich nicht ganz, auch reduziert werden, wenn die Phasendifferenz nicht 2πn±20° (wobei n eine ganze Zahl ist) beträgt.
Demgemäß wird, wenn ein Photoresist unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Maske belichtet wird, ein Belichtungsfokus auf der Linie "a" oben auf dem Gebiet mit Stufen gebildet, und es wird ein Belichtungsfokus auf der Linie "b" auf dem Gebiet ohne Stufen gebildet. Somit wird eine Strukturierung sauber ausgeführt, ohne einen Photoresistrückstand auf dem Wafergebiet nach der Entwicklung zurückzulassen. Hierbei können Licht, wie zum Beispiel g-Strahlung der Wellenlänge 436 nm, i-Strahlung der Wellenlänge 365 nm, h-Strahlung der Wellenlänge 405 nm, breitbandige Strahlung mit Wellenlängen von 300 nm bis 500 nm oder 240 nm bis 300 nm, Strahlung eines KrF-Excimer-Lasers (Wellenlänge 248 nm) oder eines ArF-Excimer- Lasers (Wellenlänge 193 nm) als Lichtquelle für den Belichtungsprozeß verwendet werden. Als Photoresist ist ein solches auszuwählen, das gut mit der jeweiligen Wellenlänge der obenerwähnten Lichtquellen korrespondiert.
Zusätzlich kann die Stufe auf dem Halbleiterwafer innerhalb des Bereiches bestimmt werden, den die Feldtiefe einer Projektionslinse erlaubt. Daher ist die Höhe "A-B" einer Stufe auf der Maske innerhalb des Bereiches zu bilden, welcher die folgende Beziehung erfüllt:
Die Fig. 5 bis Fig. 12 sind Querschnittsansichten, die eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen Maske der ersten Art darstellen.
Fig. 5 zeigt einen Schritt, bei dem Photoresiste (17) und (17a) auf einem Maskensubstrat (15) aufgebracht werden sowie die resultierende Struktur belichtet wird. Die Photoresiste (17) und (17a) mit einer Dicke von 0,3 µm bis 2,0 µm werden auf ein Maskensubstrat (15) aufgebracht, das aus einem bezüglich optischer Strahlung (1) transparenten Material, zum Beispiel Quarz, besteht. Dann wird die resultierende Struktur belichtet, um dadurch das Photoresist (17a) in einem vorgegebenen Bereich zu belichten, in welchem das Maskensubstrat (15) zu ätzen ist.
Fig. 6 zeigt einen Schritt, bei dem die Hauptoberfläche des Substrates (15) nach der Ausbildung der Photoresiststruktur (17) geätzt wird. Speziell wird die Photoresiststruktur (17) durch Entwickeln des belichteten Photoresists gebildet. Dann wird die Hauptoberfläche des Maskensubstrates (15) unter Verwendung der Struktur (17) als Ätzmaske anisotrop geätzt.
Fig. 7 zeigt einen Schritt, bei dem die Photoresiststruktur (17) abgelöst und die resultierende Struktur entnommen wird. Im Detail wird das Maskensubstrat (15) mit einer vorgegebenen Stufe durch Entfernen der Photoresiststruktur (17) gebildet.
Fig. 8 zeigt einen Schritt, bei dem eine Schicht (18) aus einem lichtundurchlässigen Material auf dem Maskensubstrat (15) mit der Stufe gebildet wird.
Speziell wird die Schicht (18) aus dem lichtundurchlässigen Material durch Aufbringen des lichtundurchlässigen Materials zum Ausblenden des Lichtes, zum Beispiel Chrom, auf das Maskensubstrat (15), auf dem die Stufe ausgebildet ist, gebildet. Dabei kann ein Chromoxid-Film zusätzlich auf das Chrom aufgebracht werden, um die Schicht (18) aus dem lichtundurchlässigen Material zu bilden.
Fig. 9 zeigt einen Schritt, bei dem Photoresiste (19) und (19a) auf der Schicht (18) aus dem lichtundurchlässigen Material aufgebracht werden und das resultierende Material belichtet wird. Im Detail werden die Photoresiste (19) und (19a) auf der Schicht (18) aus dem lichtundurchlässigen Material aufgebracht und durch Bestrahlung mit Licht (1) belichtet. Somit können die Photoresiste (19) und (19a) in das belichtete Photoresist (19a) und das nicht belichtete Photoresist (19) unterteilt werden.
Fig. 10 zeigt einen Schritt, bei dem die Photoresiste strukturiert werden. Detaillierter wird die Photoresiststruktur (20) durch Entwickeln der Photoresiste (19) und (19a) erzeugt.
Fig. 11 zeigt einen Schritt, bei dem durch Strukturieren der Schicht (18) aus dem lichtundurchlässigen Material eine lichtundurchlässige Maskenstruktur (18a) erzeugt wird. Detaillierter wird die Schicht (18) aus dem lichtundurchlässigen Material anisotrop geätzt, wobei die Photoresist-Struktur (20) als Ätzmaske verwendet wird. Somit wird die lichtundurchlässige Maskenstruktur (18a) auf dem Substrat erzeugt.
Fig. 12 zeigt einen Schritt, bei dem die Photoresist-Struktur (20) abgelöst und entfernt wird. Detaillierter wird die aus einem lichtundurchlässigen Material bestehende lichtundurchlässige Maskenstruktur (18a) durch Entfernen der Photoresist-Struktur (20) erzeugt, um dadurch eine erfindungsgemäße Maske fertigzustellen. Das Bezugszeichen (P) bezeichnet ein Stufen-Grenzgebiet zwischen dem Gebiet mit Stufe und dem Gebiet ohne Stufe, wie oben beschrieben.
Die Fig. 13 bis Fig. 16 sind Querschnittsansichten, die eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Maske der ersten Art zeigen.
Fig. 13 zeigt einen Schritt, bei dem Photoresiste (17) und (17a) auf ein Maskensubstrat (15) aufgebracht werden und die resultierende Struktur belichtet wird.
Zuerst werden, wie in Fig. 5 erläutert, die Photoresiste (17) und (17a) auf das Maskensubstrat (15) aufgebracht. Dann wird ein vorgegebenes Gebiet des Photoresists durch Bestrahlung mit Licht (1) belichtet. Dabei können die Photoresiste (17) und (17a) dick aufgebracht werden, bis zu einer Dicke von ungefähr 2 µm bis 3 µm. Oder es können Photoresiste (17) und (17a) mit einer großen Neigung für ein schräges Ätzen aufgrund der Eigenschaften des Materials verwendet werden.
Fig. 14 zeigt einen Schritt, bei dem ein Maskensubstrat (15) durch schräges Ätzen unter Verwendung einer Photoresist-Struktur (21) hergestellt wird.
Detaillierter wird eine Photoresist-Struktur (21) mit einer Neigung durch Ätzen des belichteten Photoresists (17a) erzeugt. Dabei kann als Verfahren zur Bewerkstelligung einer Neigung bei dem Photoresist, wie in Fig. 13 gezeigt, ein Photoresist verwendet werden, der aufgrund der Eigenschaften des Materials eine große Neigung aufweist, um ein schräges Ätzen durchzuführen. Alternativ wird das Photoresist senkrecht strukturiert, und die Aushärte-Temperatur wird bis über die Übergangstemperatur des das Maskensubstrat (15) bildenden Materials, zum Beispiel Quarz, erhöht, um das Photoresist flüssig und schräg verlaufend zu machen.
Dann wird die Hauptoberfläche des Maskensubstrats (15) durch Ausführen eines anisotropen Ätzvorgangs schräg geätzt, wobei die Photoresist-Struktur (21) mit der oben beschriebenen Neigung als Ätzmaske verwendet wird. Bei einem weiteren Verfahren wird eine senkrechte Stufe in dem Maskensubstrat gebildet, wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, und es wird ein transparenter isolierender Film aufgebracht. Dann wird der transparente isolierende Film zurückgeätzt, um eine Abstandsschicht aus dem transparenten isolierenden Film an der Seitenwand der senkrechten Stufe des Maskensubstrats auszubilden. Daraufhin kann das schräge Ätzen unter Verwendung der Neiguung der Seitenwandabstandsschicht aus dem transparenten isolierenden Film durchgeführt werden.
Fig. 15 zeigt einen Schritt, bei dem die Photoresist-Struktur (21) abgelöst und entfernt wird. Detaillierter wird die als Ätzmaske verwendete Photoresist-Struktur (21) entfernt, um dadurch das Maskensubstrat (15) mit einer vorgegebenen Stufe zu erzeugen.
Fig. 16 zeigt einen Schritt, bei dem eine Schicht (22) aus einem lichtundurchlässigen Material auf dem Maskensubstrat (15) mit der oben beschriebenen Stufe gebildet wird. Detaillierter wird Material, das in der Lage ist, die Lichtquelle auszublenden, zum Beispiel Chrom, auf das Maskensubstrat (15), auf dem eine Stufe ausgebildet ist, aufgebracht, um dadurch eine Schicht (22) aus einem lichtundurchlässigen Material zu bilden.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist, wenn es schwierig ist, eine Stufe eines Maskensubstrates mit einer Phasendifferenz zu bilden, die, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, 360° betragen soll, ein anisotroper Ätzprozeß nicht notwendig, wenn eine Stufe in dem Maskensubstrat gebildet wird. Und es wird ein schräges Ätzen auf der Oberfläche des Maskensubstrates durchgeführt, um dadurch eine Abhängigkeit von der Dicke einer Stufe auf der Maske zu vermeiden.
Fig. 17 ist eine Querschnittsansicht, die eine dritte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Maske der ersten Art darstellt. Detaillierter wird in der dritten Ausführungsform ein Grenzgebiet einer Stufe eines Maskensubstrates in mehrstufiger Form ausgebildet, um dadurch wie in der zweiten Ausführungsform eine Abhängigkeit von der Dicke einer Stufe der Maske zu vermeiden.
Außerdem kann alternativ zu der ersten, der zweiten und der dritten Ausführungsform die Stufe der Maske folgendermaßen gebildet werden. Ein bezüglich Licht transparentes Material, zum Beispiel Spin-on-Glas(SOG)-Material, wird über dem gesamten Maskensubstrat ohne Ätzen des Maskensubstrates aufgebracht. Dann wird der optisch transparente Film durch einen Photoätzprozeß geätzt, um dadurch eine Stufe, die aus einer Struktur aus dem optisch transparenten Film besteht, auf dem Maskensubstrat zu erzeugen.
Fig. 18 stellt ein Verfahren zur Erzeugung einer feinen Struktur unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Maske einer zweiten Art dar.
Wenn eine Maske (2), auf der eine Maskenstruktur ausgebildet ist, mit Licht, wie ultravioletter Strahlung, oder einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, wird die Maskenstruktur auf ein auf einem Halbleiterwafer mit einer Stufe (110) ausgebildetes Photoresist durch eine Projektionslinse (3) eines Steppers aufgrund der Bestrahlung mit Licht projiziert.
Speziell wird eine Struktur (30) aus einem Film zur Steuerung der spezifischen optischen Durchlässigkeit gebildet, wobei die Struktur einer Stufe auf einem zu strukturierenden Halbleiterwafer entspricht und aus einem Material besteht, dessen spezifische optische Durchlässigkeit bezüglich des Lichtes (1) von jener des Materials des Maskensubstrates (2) verschieden ist. Eine Belichtungsmenge, die durch das strukturierte Gebiet (C) auf dem Maskensubstrat hindurchtritt, muß so gesteuert werden, daß sie geringer als die Belichtungsmenge ist, die durch das nicht strukturierte Gebiet (D) hindurchtritt. So kann eine korrekte Struktur auf einem Halbleiterwafer mit einer Stufe erzeugt werden. Außerdem ist die Dicke der Struktur (3) aus dem Film zur Steuerung der spezifischen optischen Durchlässigkeit so festzulegen, daß eine Phasendifferenz von 180°±20°, wenn das Licht durch ein strukturiertes Gebiet beziehungsweise durch ein nicht strukturiertes Gebiet auf einem Maskensubstrat hindurchtritt, vermieden wird.
Detaillierter wird, nachdem ein Photoresist auf einem Halbleiterwafer mit der Stufe (110) aufgebracht wurde, das Photoresist unter Verwendung einer Maske belichtet, auf welcher die Struktur (30) aus einem Film zur Steuerung der spezifischen optischen Durchlässigkeit ausgebildet ist. Dann wird das Photoresist in einen belichteten Photoresist (32) und einen nicht belichteten Photoresist (31) unterteilt. Speziell wird ein Photoresistteil (d) auf dem Halbleiterwafer durch das nicht strukturierte Gebiet (D) der Maske belichtet. Andererseits wird der Photoresistteil (c) auf einer Stufe (110) des Halbleiterwafers durch das strukturierte Gebiet (C) der Maske belichtet. Somit ist die Belichtungsmenge, mit welcher der Halbleiterwafer bestrahlt wird, größer als jene, mit der die Stufe des Halbleiters bestrahlt wird. Demzufolge kann das Problem, daß eine Struktur aufgrund einer nicht ausreichenden Belichtungsmenge eventuell unvollständig gebildet wird, gelöst werden. Demgemäß ist es möglich, eine korrekte Photoresist-Struktur (31a) zu erzeugen.
Fig. 19 und Fig. 20 sind Schnittbilder zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen Maske der zweiten Art.
Fig. 19 zeigt einen Schritt, bei dem Filme (40) und (40a) zur Steuerung der spezifischen optischen Durchlässigkeit auf einem Maskensubstrat (15) gebildet werden, auf dem eine lichtundurchlässige Maskenstruktur ausgebildet ist, und die gebildeten Filme zur Steuerung der spezifischen optischen Durchlässigkeit belichtet werden. Detaillierter wird ein lichtundurchlässiges Material zur Ausblendung des Lichtes, zum Beispiel Chrom, auf dem Maskensubstrat (15) gebildet, das aus einem bezüglich des Lichtes transparenten Material, zum Beispiel Quarz, besteht, und das lichtundurchlässige Material wird strukturiert, um dadurch eine lichtundurchlässige Maskenstruktur zu erzeugen. Dann werden die Filme (40) und (40a) zur Steuerung der spezifischen optischen Durchlässigkeit, deren spezifische optischen Durchlässigkeit verschieden von jener des Materials des Maskensubstrates (15) ist, zum Beispiel ein Photoresist, über das gesamte Maskensubstrat (15) aufgebracht, auf dem die lichtundurchlässige Maskenstruktur ausgebildet ist. Daraufhin wird ein vorgegebenes Gebiet (40) des Photoresists dem Licht (1) ausgesetzt.
Fig. 20 zeigt einen Schritt, bei dem die Struktur (40a) aus dem Film zur Steuerung der spezifischen Durchlässigkeit erzeugt wird. Detaillierter wird mittels Ätzen des belichteten Photoresists (40) die Struktur (40a) aus dem Film zur Steuerung der spezifischen optischen Durchlässigkeit, die aus einem Photoresist besteht, auf dem Maskensubstrat erzeugt. Dabei kann das Photoresist durch eine dünne Schicht aus Chrom, eine dünne Schicht aus Aluminium, eine Spin-on-Glas(SOG)- oder eine SiO₂- Schicht ersetzt werden. Wenn eine Spin-on-Glas(SOG)-Schicht verwendet wird, wird das Spin-on-Glas(SOG)-Material über dem gesamten Maskensubstrat durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren aufgebracht, und ein Photoresist wird auf die Spin-on-Glas(SOG)-Schicht aufgebracht. Dann wird, nachdem das Photoresist belichtet und entwickelt ist, das Spin-on-Glas(SOG)-Material anisotrop geätzt, wobei das strukturierte Photoresist als Ätzmaske verwendet wird, um dadurch eine Struktur aus Spin-on-Glas(SOG)-Material auf dem Maskensubstrat zu erzeugen.
Fig. 21 und Fig. 22 sind eine Draufsicht beziehungsweise eine Schnittansicht, die eine Simulation zeigen, bei der eine Photoresist-Struktur unter Verwendung einer zweiten erfindungsgemäßen Maske verwendet wird. Detaillierter wird ein Photoresist zur Bildung einer Struktur mit einer Dicke von ungefähr 1 µm auf einen Halbleiterwafer mit einer Stufe aufgebracht. Dann wird mit einer Lichtquelle von i-Strahlung (Wellenlänge 365 nm) mit einer Dosis von 95 µC bestrahlt, und das Photoresist wird belichtet und entwickelt.
Speziell wird die Stufe des Halbleiterwafers mit einer Belichtungsmenge von 80% bestrahlt, während der Halbleiterwafer mit einer Belichtungsmenge von 100% bestrahlt wird. Somit kann das Problem, daß eine Struktur unvollständig auf dem Halbleiter erzeugt wird, gelöst werden, um dadurch eine korrekte Struktur zu erzeugen.
Demgemäß können, wenn eine neue erfindungsgemäße Maske verwendet wird, eine Stufe und ein Halbleiterwafer mit dem gleichen Belichtungsfokus bestrahlt werden. Somit kann eine saubere und korrekte Struktur durch Steuern der Belichtungsmenge, mit der eine Stufe und ein Halbleiterwafer bestrahlt werden, erzeugt werden.
Außerdem kann ein SLR(Einzelschicht-Photoresist)-Verfahren mit einem einfachen Prozeß anstelle der Verwendung eines MLR-Verfahrens mit einem komplizierten Prozeß verwendet werden, was bei der Vereinfachung des Prozesses und bei der Reduzierung der Kosten Vorteile bietet. Des weiteren kann die Zuverlässigkeit eines Halbleiterbauelementes beträchtlich verbessert werden, wobei ein Versagen bei der Fertigung und eine schlechte Ausbeute reduziert werden. Es versteht sich, daß Änderungen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der durch die beigefügten Patentansprüche festgelegten Erfindung abzuweichen.

Claims (26)

1. Maske zur Projektion einer Struktur auf einen Halbleiterwafer mit einer Stufenstruktur, mit
  • - einem Maskensubstrat und
  • - einer strahlungsundurchlässigen Maskenstruktur zur Ausblendung von Strahlung,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Maske Stufen aufweist, die mit der Stufenstruktur auf dem Halbleiterwafer korrespondieren.
2. Maske nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen in dem Maskensubstrat ausgebildet sind.
3. Maske nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß
  • - eine strahlungstransparente Schichtstruktur zur Bildung der Stufen auf dem Maskensubstrat vorgesehen ist und
  • - die strahlungsundurchlässige Maskenstruktur auf dem Maskensubstrat und der strahlungstransparenten Schichtstruktur angeordnet ist.
4. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenhöhe einen Wert aufweist, welcher der Höhe der Stufen auf dem Halbleiterwafer multipliziert mit dem Quadrat der Vergrößerung einer Projektionslinse entspricht.
5. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenhöhe so gewählt ist, daß eine Phasendifferenz von 360°±5° vorliegt, wenn die Strahlung durch ein Gebiet mit Stufen beziehungsweise ein Gebiet ohne Stufen hindurchtritt.
6. Maske nach einem der Ansprüche 3 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Struktur eine Spin-on-Glas(SOG)-Schicht umfaßt.
7. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Maske senkrecht geformt sind.
8. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Maske von treppenartiger Form mit mehreren Absätzen sind.
9. Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen der Maske von geneigter Form mit einer vorgegebenen Steigung sind.
10. Maske nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß eine Schichtstruktur zur Steuerung der spezifischen Strahlungsdurchlässigkeit auf dem mit der strahlungsundurchlässigen Maskenstruktur versehenen Maskensubstrat angeordnet ist, um die Stufen zu bilden, die denjenigen auf dem zu strukturierenden Halbleiterwafer entsprechen.
11. Maske nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Struktur aus dem Film zur Steuerung der spezifischen Strahlungsdurchlässigkeit so festgelegt ist, daß das Vorliegen einer Phasendifferenz von 180°±20°, wenn Strahlung durch die Struktur aus dem Film zur Steuerung der spezifischen Strahlungsdurchlässigkeit beziehungsweise durch ein nicht strukturiertes Gebiet auf dem Maskensubstrat hindurchtritt, vermieden wird.
12. Verfahren zur Herstellung einer Maske, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte zur Herstellung einer Maske nach einem der Ansprüche 1 bis 9 beinhaltet:
  • - Erzeugen von Stufen auf einem Maskensubstrat, die mit der Stufenstruktur auf einem Halbleiterwafer korrespondieren;
  • - Erzeugen einer Schicht aus einem strahlungsundurchlässigen Material zum Ausblenden von Strahlung über dem gesamten Maskensubstrat, auf dem die Stufen ausgebildet sind; und
  • - Erzeugen einer strahlungsundurchlässigen Maskenstruktur durch Strukturieren der Schicht aus dem strahlungsundurchlässigen Material.
13. Verfahren nach Anspruch 12, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen durch Ätzen der Hauptoberfläche des Maskensubstrates erzeugt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen durch Aufbringen eines strahlungstransparenten Materials über dem gesamten Maskensubstrat und durch Strukturieren des transparenten Materials erzeugt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen durch einen anisotropen Ätzvorgang des Maskensubstrates senkrecht geformt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen in einer treppenartigen Gestalt mit mehreren Absätzen geformt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stufen durch ein Verfahren zum schrägen Ätzen in einer geneigten Form gebildet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Bilden einer geneigten Form durch schräges Ätzen unter Verwendung der Eigenschaften des Materials eines Photoresists durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Bilden einer geneigten Form folgende Schritte beinhaltet:
  • - Bilden einer Neigung in einem Photoresist, wobei die Aushärtetemperatur des Photoresists höher als die Übergangstemperatur des Materials ist, welches das Maskensubstrat bildet, und
  • - Durchführen eines schrägen Ätzens unter Verwendung der Neigung des Photoresists.
20. Verfahren nach Anspruch 17, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zum Bilden einer geneigten Form folgende Schritte beinhaltet:
  • - Bilden von Stufen mit senkrechter Gestalt auf einem Maskensubstrat;
  • - Aufbringen eines transparenten Films;
  • - Bilden einer Abstandsschicht aus dem transparenten Film an der Seitenwand der senkrecht geformten Stufen durch Zurückätzen des transparenten Films; und
  • - Durchführen eines schrägen Ätzens unter Verwendung der Neigung der Seitenwandabstandsschicht aus dem transparenten Film.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, weiter dadurch gekennzeichnet, daß Chrom als das strahlungsundurchlässige Material verwendet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, weiter dadurch gekennzeichnet, daß ein Chromoxidfilm auf das Chrom aufgebracht wird.
23. Verfahren zur Herstellung einer Maske, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte zur Herstellung einer Maske nach Anspruch 10 oder 11 beinhaltet:
  • - Erzeugen einer Schicht aus strahlungsundurchlässigem Material zum Ausblenden von Strahlung über dem gesamten transparenten Maskensubstrat;
  • - Erzeugen einer strahlungsundurchlässigen Maskenstruktur durch Strukturieren der Schicht aus dem strahlungsundurchlässigen Material,
  • - Erzeugen eines Films zur Steuerung der spezifischen Strahlungsdurchlässigkeit über dem gesamten Maskensubstrat, auf dem die strahlungsundurchlässige Maskenstruktur ausgebildet ist; und
  • - Erzeugen einer Struktur aus dem Film zur Steuerung der spezifischen Strahlungsdurchlässigkeit durch Strukturieren desselben in einem Teil der strahlungsundurchlässigen Maskenstruktur und des Maskensubstrates, wobei die Struktur den Stufen auf einem zu strukturierenden Halbleiterwafer entspricht.
24. Verfahren nach Anspruch 23, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Material, das die Struktur aus dem Film zur Steuerung der spezifischen Strahlungsdurchlässigkeit bildet, von dem Material verschieden ist, welches das Maskensubstrat bildet.
25. Verfahren nach Anspruch 24, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Material, das die Struktur aus dem Film zur Steuerung der spezifischen Strahlungsdurchlässigkeit bildet, aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche ein Photoresist, dünnes Chrom, dünnes Aluminium und Spin-on-Glas(SOG)-Material umfaßt, und das Material, welches das Maskensubstrat bildet, Quarz ist.
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