DE4407044A1 - Maske und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Maske und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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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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