DE10128481A1 - Verfahren zur Erzeugung und/oder Erneuerung einer Ätzmaske - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung und/oder Erneuerung einer Ätzmaske

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Abstract

Eine Ätzmaske zur Ätzung eines Substrats (1) wird erzeugt, indem eine Fotolackschicht (4) so belichtet wird, dass einfach belichtete Bereiche noch nicht vollständig und aufgrund einer sich unter der Fotolackschicht (4) befindlichen reflektierenden Schicht (3) zusätzlich belichtete Bereiche vollständig belichtet sind. Demzufolge kann eine zur Ätzung eines Substrats (1) verwendete erste Ätzmaske durch eine zweite Ätzmaske erneuert werden, indem eine auf die oder anstelle der ersten Ätzmaske aufgebrachte Fotolackschicht (4) so belichtet wird, dass einfach belichtete Bereiche noch nicht vollständig und aufgrund einer sich unter der Fotolackschicht (4) befindlichen zu der der ersten Ätzmaske korrespondierenden reflektierenden Schicht (3) zusätzlich belichtetete Bereiche vollständig belichtet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ätzung eines Substrats mittels einer aus einer ersten Fotolackschicht bestehenden ersten Ätzmaske, wobei der Ätzvorgang unterbrochen wird, bevor die erste Ätzmaske aufgebraucht ist, und die erste Ätzmaske durch eine zweite Ätzmaske erneuert wird. Weiter betrifft die Erfindung allgemein ein Verfahren zur Erzeugung einer Ätzmaske zur Ätzung eines Substrats.
  • Das Ätzen eines Substrats, insbesondere das Erzeugen von tiefen Gräben in einem Substrat, z. B. in Si, wird mit zunehmenden Aspektverhältis immer anspruchsvoller hinsichtlich der Substrat-Ätzung, z. B. Si-Ätzung. Hierzu werden aufwendige Integrationsschemata benötigt, die immer eine ausreichend dicke Ätzmaske zur Verfügung stellen müssen, d. h. die Ätzmaske muss so gewählt werden, dass sie nach Erzeugung der gewünschten Struktur noch nicht vollständig aufgebraucht ist. Diese Maske ist meist eine Hartmaske und muss entsprechend abgeschieden und geöffnet werden. Allein das Öffnen muss widerum mit einer zusätzlichen Maske erfolgen, wodurch ein erheblicher Aufwand entsteht.
  • Bei der Si-Ätzung wird in der Regel eine Oxidmaske verwendet, die wiederum mit einer Siliziummaske geöffnet werden kann. Diese Kombination kann fortgeführt werden, verursacht jedoch hohe Kosten.
  • Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung einer Ätzmaske zur Ätzung eines Substrats anzugeben, und weiter ein verbessertes Verfahren zur Ätzung eines Substrats mit einer fortführbare Maskenkombination anzugeben, wodurch eine kostengünstigere Substrat-Ätzung ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer Ätzmaske zur Ätzung eines Substrats mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 und weiter durch ein gattungsgemäßes Verfahren zur Ätzung eines Substrats mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den jeweils nachfolgenden abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Nach der Erfindung wird zur Ätzung eines Substrats eine aus einer ersten Fotolackschicht bestehende erste Ätzmaske nach einer ersten, vorteilhafterweise kurzen, Strukturierung des Substrats zusammen mit einer reflektierenden Unterlage benutzt, um die Ätzmaske für das Substrat mittels einer zweiten Fotolackschicht immer wieder zu erneuern. Durch die Verwendung einer reflektierenden Unterlage braucht lediglich die erste Ätzmaske z. B. mit einem Retikel strukturiert werden, wonach zur Erneuerung der ersten Ätzmaske mittels der zweiten Fotolackschicht lediglich eine einfache, vorzugsweise homogene, Belichtung mit vorzugsweise parallelem Licht erfolgt, da der Fotolack der zweiten Fotolackschicht die Eigenschaft aufweist, bei einfacher Durchleuchtung mit dem entsprechenden Licht noch keine genügende Belichtung aufzuweisen, bei einer zusätzlichen Durchleuchtung aufgrund des von der reflektierenden Schicht reflektierten Lichts jedoch belichtet zu sein. Für die zweite Fotolackschicht wird vorzugsweise ein Negativfotolack verwendet. In diesem Fall entspricht die erneuerte Ätzmaske nach ihrer Entwicklung 1 : 1 der ursprünglich verwendeten Ätzmaske.
  • Wie im nebengeordneten Anspruch 11 angegeben, der durch die in den nachgeordneten Ansprüchen 12 und 13 angegebenen vorteilhaften Verwendungen ergänzt wird, kann der der Erfindung zugrunde liegenden Grundgedanken, eine Ätzmaske aufgrund einer in oder auf dem zu ätzenden Substrat vorhandenen Information, hier einer entsprechend strukturierten reflektierenden Schicht, zu erzeugen, auch allgemein ohne die Begrenzung der Erneuerung einer ersten Ätzmaske eingesetzt werden.
  • In diesem Fall können - wie im Patentanspruch 12 angegeben - vorteilhaft im Substrat vergrabene Strukturen wieder 1 : 1 auf die Substratoberfläche belichtet werden, ohne dass eine komplizierte optische Ausrichtung eines Retikels erfolgen muss. Hierzu wird vorteilhafterweise ein Positivfotolack verwendet, dessen der mit der reflektierenden Schicht versehenen vergrabenen Struktur entsprechender doppelt belichteter Bereich bei einer nachfolgenden Entwicklung entfernt wird, wodurch auf einfache Weise eine zur Wiedererzeugung der vergrabenen Struktur geeignete Ätzmaske erzeugt wird, die der zur Erzeugung der vergrabenen Struktur benutzten Ätzmaske entspricht.
  • Durch die Erfindung werden im Vergleich mit dem bekannten beschriebenen Stand der Technik insbesondere die Vorteile erreicht, dass auch bei tiefen Ätzungen ohne teure und prozesstechnisch teilweise problematische Hartmasken gearbeitet werden kann, dass große Ätztiefen erreicht werden können, da die Ätzmaske beliebig oft erneuert werden kann, und dass im Substrat vergrabene Strukturen 1 : 1 auf die Substratoberfläche, z. B. die Wafer-Oberfläche, abgebildet werden können.
  • Aufgrund der Möglichkeit, die für die Erneuerung oder Wiedererzeugung der Ätzmaske benötigte Information mittels einer reflektierenden Schicht bei der ersten Verwendung der Ätzmaske, d. h. der ersten Strukturierung des Substrats, durch die vorangehende Strukturierung der reflektierenden Schicht zu "Speichern", bzw. eine reflektierende Schicht in einer Struktur zu erzeugen, bevor diese z. B. mit epitaktischem Silizium überwachsen wird, ist bei der Verwendung entsprechender Fotolacke eine sehr einfache und kostengünstige Möglichkeit gegeben, eine aufwendige und fehlerträchtige Erneuerung bzw. Erzeugung einer Ätzmaske mit Retikeln zu vermeiden.
  • Vorteilhafterweise weist ein Verfahren zur Ätzung eines Substrats nach der Erfindung die folgenden Schritte auf:
    • a) Auftragen der reflektierenden Schicht auf das Substrat,
    • b) Auftragen einer ersten Fotolackschicht auf die reflektierende Schicht,
    • c) Erzeugen eines Ätzmusters auf der ersten Fotolackschicht und Entwickeln der ersten Fotolackschicht zu der ersten Ätzmaske,
    • d) Ätzen der reflektierenden Schicht unter Verwendung der ersten Ätzmaske,
    • e) Ätzen des beschichteten Substrats unter Verwendung der ersten Ätzmaske,
    • f) Unterbrechen des Ätzvorgangs, bevor die durch die erste Fotolackschicht gebildete erste Ätzmaske oder die reflektierende Schicht aufgebraucht ist,
    • g) Auftragen der zweiten Fotolackschicht,
    • h) Belichten des mit der zweiten Fotolackschicht beschichteten Substrats so, dass einfach belichtete Bereiche noch nicht vollständig und aufgrund der reflektierenden Schicht zusätzlich belichtete Bereiche der zweiten Fotolackschicht vollständig belichtet sind, und Entwickeln der zweiten Fotolackschicht zu einer zu der ersten Ätzmaske korrespondierenden zweiten Ätzmaske,
    wonach der Ablauf beginnend mit dem Ätzen des beschichteten Substrats nunmehr unter Verwendung der zweiten Ätzmaske, d. h. beginnend mit dem Schritt e), solange wiederholt wird, bis eine gewünschte Strukturtiefe in dem Substrat erreicht ist. Wird der zur ersten Strukturierung oder zumindest zur Strukturierung der reflektierenden Schicht vorgesehene Ätzvorgang unterbrochen, bevor die durch die erste Fotolackschicht gebildete erste Ätzmaske aufgebraucht ist, kann diese auch vor aufbringen der zweiten Fotolackschicht entfernt werden.
  • Vorteilhafterweise wird zwischen der reflektierenden Schicht und dem zu ätzenden Substrat eine Schutzschicht angeordnet, die bei einem Si-Substrat vorteilhafterweise aus einer direkt auf dem Si-Substrat aufgebrachten Pad-SiO2-Schicht und einer darauf aufgebrachten Pad-SiN-Schicht besteht, auf der die reflektierende Schicht aufgebracht wird. Diese Schutzschicht ist für die erfindungsgemäße Erneuerung oder Erzeugung einer Ätzmaske nicht notwendig.
  • Weiter weist der zumindest für die zweite Fotolackschicht verwendete Fotolack vorteilhafterweise keine hohe Absorption auf, damit der Unterschied zwischen der einfachen Durchleuchtung und der zusätzlichen Durchleuchtung möglichst hoch ist.
  • Nach der Erfindung besteht die reflektierende Schicht vorzugsweise aus Metall.
  • Die Belichtung erfolgt nach der Erfindung vorteilhafterweise ganzflächig homogen mit parallelem Licht.
  • Wie zuvor angebgeben, wird zur Erneuerung einer ersten Ätzmaske als zweiter Fotolack vorteilhafterweise ein Negativfotolack verwendet, dessen doppelt belichtete Bereiche nach einer Entwicklung als physikalische Ätzmaske dienen, d. h. stehenbleiben.
  • Wird bei obigen Verfahren mittels der reflektierenden Schicht eine aus einem Positivfotolack bestehende Ätzmaske erzeugt, so weist diese eine zu der reflektierenden Schicht inverse Struktur auf. Mit dieser Ätzmaske kann z. B. die reflektierende Schicht und ggf. die darunter liegende Schutzschicht entfernt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen auf Grundlage eines beispielhaften bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 - Fig. 7 verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ätzung eines Substrats, wobei eine erste Ätzmaske durch eine zweite erneuert wird, und
  • Fig. 8 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, um in einem Substrat vergrabene Strukturen wieder 1 : 1 auf die Substratoberfläche zu belichten.
  • Die Fig. 1 zeigt ein zu ätzendes Substrat 1 mit einer ersten Ätzmaske 2, die z. B. fotografisch mit Retikel strukturiert ist. Zwischen der Ätzmaske 2 und dem Substrat 1 ist eine reflektierende Schicht 3 angeordnet. Zwischen der reflektierenden Schicht 3 und dem Substrat 1 ist eine Schutzschicht 5, 6 angeordnet, die aus einer direkt auf dem Substrat angeordneten Pad-SiO2-Schicht 5 und einer direkt darauf direkt unterhalb der reflektierenden Schicht 3 angeordneten Pad-SiN- Schicht 6 besteht.
  • Die Fig. 2 zeigt einen Zustand des in der Fig. 1 gezeigten beschichteten Substrats nach einer ersten Ätzung, die zumindest die reflektierende Schicht 3 und vorzugsweise die Schutzschichten 6, 5 und weiter optional einen Teil des Si- Substrats 1 ätzt. In der Fig. 2 ist gezeigt, dass sowohl die reflektierende Schicht 3, wie auch die Schutzschichten 6, 5 und ein Teil des Si-Substrats 1 geätzt wurde. Bei dieser Ätzung wird auch die durch eine Fotolackschicht 2 gebildete erste Ätzmaske zumindest teilweise verbraucht und vermindert sich somit in ihrer Dicke, wie es in der Fig. 2 schematisch gezeigt ist.
  • Die Fig. 3 zeigt einen Zustand des beschichteten und (kurz) strukturierten Substrats 1 mit einem aufgebrachten Negativfotolack 4, der ganzflächig belichtet wird. Nur an den Stellen, an denen die reflektierende Schicht 3 noch vorhanden ist, wird die Fotolackschicht 4 durch die mehr als einfache Durchleuchtung vollständig durchbelichtet und bleibt nach der Entwicklung erhalten. Optional kann die hier durch die erste Lackschicht 2 gebildete erste Ätzmaske vor dem Auftragen der zweiten Lackschicht 4 entfernt werden.
  • Die Fig. 4 zeigt das in der Fig. 3 gezeigte beschichtete, teilweise geätzte, und mit einer zweiten belichteten Lackschicht 4 versehene Substrat 1 nach der Entwicklung der zweiten Fotolackschicht 4, d. h. vor einer weiteren Ätzung.
  • Die Fig. 5 zeigt den Zustand nach einer weiteren Substratätzung, wonach wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, eine erneute Beschichtung mit einer weiteren zweiten Lackschicht 4, deren Belichtung und eine weitere Substratätzung erfolgen kann, bis die gewünschte Tiefe der Ätzung in dem Substrat 1 erreicht ist.
  • Die Fig. 8 zeigt das in der Fig. 7 gezeigte Substrat 1, bei dem die durch die zweite Fotolackschicht 4 gebildete Ätzmaske, die durch die erste Fotolackschicht 2 gebildete Ätzmaske, die reflektierende Schicht 3, sowie die Schutzschicht 6, 5 entfernt sind, bei dem der in der Fig. 7 gezeigte Graben mit einem Füllmaterial 9, z. B. Polysilizium, mit einer darauf angeordneten reflektierenden Schicht 3 versehen ist, welche Anordnung mit einer abgeschiedenen Schicht 7 versehen, z. B. mit einem epitaktischem Silizium überwachsen, und danach mit einer Fotolackschicht 8 beschichtet wurde. Nach einer ganzflächigen Belichtung dieser Fotolackschicht 8, die hier aus einem Positivfotolack gebildet wird, werden einfach durchleuchtete Bereiche 8a und aufgrund der reflektierenden Schicht 3 ein zusätzlich beleuchteter Bereich 8b erzeugt. Nach einer Entwicklung der Fotolackschicht 8 ist dieser sich über dem Graben des Substrats 1 befindliche Bereich 8b entfernt und der Graben kann durch eine Ätzung der abgeschiedenen Schicht 7 freigelegt (kontaktiert) werden. Eine Erneuerung der Positivfotolackschicht 8 ist analog der in Bezug auf die Fig. 1 bis 7 gegebenen obigen Beschreibung für die Erneuerung der ersten Ätzmaske 2 möglich.
  • Gemäß des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels dieser Erfindung wird nach einer Schutzschicht des Substrats, z. B. Si, wie etwa Pad-SiO2 und Pad-SiN, eine reflektierende Schicht 3, bevorzugt ein Metall auf das Substrat 1 aufgetragen. Nach einer ersten litographischen Strukturierung, der Übertragung der Struktur auf das Metall und auf die darunterliegende Schutzschicht 5, 6 kann auch eine erste Strukturierung des Substrats 1 vorgenommen werden. Bevor die zu dieser ersten Strukturierung verwendete Ätzmaske vollständig aufgebraucht ist, wird die Strukturierung des Substrats 1 unterbrochen und eine Schicht negativen Fotolacks aufgetragen. Notwendigerweise muss natürlich nur die eine reflektierende Schicht 3 erhalten bleiben. Der verwendete Fotolack muss die Eigenschaft haben, bei einfacher Durchleuchtung mit dem entsprechenden Licht noch keine genügende Belichtung aufzuweisen, bei zusätzlicher Durchleuchtung aufgrund der reflektierenden Schicht 3 jedoch belichtet zu sein. Hierfür sind Lacke am besten geeignet, die keine hohe Absorption aufweisen, so dass das reflektierte Licht einen nur gering abgeschwächte Intensität aufweist. Nun wird ganzflächig und homogenen im parallelen Licht beleuchtet. In den Bereichen, in denen die eine reflektierende Schicht 3 vorhanden ist, wird die Fotolackschicht 4 entsprechend stärker durchleuchtet und durchbelichtet. Die nachfolgende Entwicklung des Negativlacks 4 entfernt dadurch nun die Bereiche, die keine reflektierende Schicht 3 aufweisen, während in den Bereichen, unter denen kein reflektierendes Material 3 vorhanden ist, der Fotolack 4 stehenbleibt. Dieser Lack wird nun wieder als Ätzmaske für das Substrat 1 dienen. Diese Methode, zu Belacken, zu Belichten, und zu Entwickeln, kann nun je nach zu erreichender Ätztiefe öfters wiederholt werden. Bezugszeichenliste 1 zu ätzendes Si-Substrat
    2 erste Fotolackschicht
    3 reflektierende Schicht
    4 zweite Fotolackschicht
    5 SiO2-Teil der Schutzschicht
    6 SiN-Teil der Schutzschicht
    7 abgeschiedene Schicht
    8 (Positiv-)Fotolackschicht
    9 Füllmaterial
    •

Claims (13)

1. Verfahren zur Ätzung eines Substrats (1) mittels einer ersten Ätzmaske, wobei die erste Ätzmaske durch eine zweite Ätzmaske erneuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ätzmaske erzeugt wird, indem eine auf die erste Ätzmaske oder anstelle dieser aufgebrachte zweite Fotolackschicht (4) so belichtet wird, dass einfach belichtete Bereiche noch nicht vollständig und aufgrund einer sich unter der zweiten Fotolackschicht (4) befindlichen zu der ersten Ätzmaske korrespondierenden reflektierenden Schicht (3) zusätzlich belichtete Bereiche vollständig belichtet sind.
2. Verfahren zur Ätzung eines Substrats (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
a) Auftragen der reflektierenden Schicht (3) auf das Substrat (1),
b) Auftragen einer ersten Fotolackschicht (2) auf die reflektierende Schicht (3),
c) Erzeugen eines Ätzmusters auf der ersten Fotolackschicht (2) und Entwickeln der ersten Fotolackschicht (2) zu der ersten Ätzmaske,
d) Ätzen der reflektierenden Schicht (3) unter Verwendung der ersten Ätzmaske,
e) Ätzen des beschichteten Substrats (1) unter Verwendung der ersten Ätzmaske,
f) Unterbrechen des Ätzvorgangs, bevor die durch die erste Fotolackschicht (2) gebildete erste Ätzmaske oder die reflektierende Schicht (3) aufgebraucht ist,
g) Auftragen der zweiten Fotolackschicht (4),
h) Belichten des mit der zweiten Fotolackschicht (4) beschichteten Substrats (1) so, dass einfach belichtete Bereiche noch nicht vollständig und aufgrund der reflektierenden Schicht (3) zusätzlich belichtete Bereiche der zweiten Fotolackschicht (4) vollständig belichtet sind, und Entwickeln der zweiten Fotolackschicht (4) zu einer zu der ersten Ätzmaske korrespondierenden zweiten Ätzmaske,
wonach der Ablauf beginnend mit dem Ätzen des beschichteten Substrats (1) nunmehr unter Verwendung der zweiten Ätzmaske, d. h. beginnend mit dem Schritt e), solange wiederholt wird, bis eine gewünschte Strukturtiefe in dem Substrat (1) erreicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Entfernens der ersten Ätzmaske, bevor die zweite Fotolackschicht (4) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehende Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens einer Schutzschicht (5, 6) auf dem zu ätzendem Substrat (1) bevor die reflektierende Schicht (3) darauf aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (5, 6) bei einem zu Ätzenden Si Substrat zweilagig aus einer direkt auf dem Si Substrat (1) aufgebrachten Pad-SiO2 Schicht (5) und einer auf der Pad-SiO2 Schicht (5) aufgebrachten Pad-SiN Schicht (6) gebildet ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Fotolackschicht (2, 4) verwendeter Fotolack keine hohe Absorption aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (3) aus Metall besteht.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung eine ganzflächige homogene Belichtung mit parallelem Licht ist.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fotolack ein Negativfotolack verwendet wird, um Gräben in dem Substrat (1) zu erzeugen.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Entfernens der durch die zweite Fotolackschicht (4) gebildeten zweiten Ätzmaske, der reflektierenden Schicht (3), der durch die erste Fotolackschicht (2) gebildeten ersten Ätzmaske, und ggf. der Schutzschicht.
11. Verfahren zur Erzeugung einer Ätzmaske zur Ätzung eines Substrats (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Fotolackschicht (4; 8) so belichtet wird, dass einfach belichtete Bereiche noch nicht vollständig und aufgrund einer sich unter der Fotolackschicht (4, 8) befindlichen reflektierenden Schicht (3) zusätzlich belichtete Bereiche vollständig belichtet sind.
12. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 11, um wenigstens eine über einem Graben abgeschiedene Schicht (7) so zu ätzen, dass die Öffnung des Grabens kontaktiert wird, wobei die reflektierende Schicht (3) als Deckel des Grabens in einer sich unter der wenigstens einen agbeschiedenen Schicht (7) befindlichen Schicht (1)aufgebracht ist.
13. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 11, um eine Ätzmaske zu erneuern.
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