DE10128481B4 - Verfahren zur Ätzung eines Substrats - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Ätzung eines Substrats (1) mittels einer ersten Ätzmaske, wobei die erste Ätzmaske durch eine zweite Ätzmaske erneuert wird, 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 voll-ständig belichtet sind,
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.
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.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ätzung eines Substrats nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Das Ätzen eines Substrats, insbesondere das Erzeugen von tiefen Gräben in einem Substrat, z. B. in Silizium (Si), wird mit zunehmendem 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 wiederum 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.
- Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Herstellung elektronischer Schaltungen beispielsweise aus der
EP 0 083 397 A2 EP 0 635 884 A1 eine Grabenmaske beschrieben, die aus drei Teilschichten besteht, welche übereinander gestapelt sind und zumindest teilweise aus SiO2 bestehen. Schließlich ist aus derEP 0 293 641 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors bekannt, bei dem eine Ätzmaske aus einer Siliziumdioxidschicht und einer Siliziumnitridschicht verwendet wird. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ätzung eines Substrats mit einer fortführbaren Maskenkombination anzugeben, wodurch eine kostengünstigere Substrat-Ätzung bei genauer Strukturierung ermöglicht wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den 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 zu 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.
- Der Grundgedanke, eine Ätzmaske aufgrund einer in oder auf dem zu ätzenden Substrat vorhandenen Information, hier einer entsprechend strukturierten reflektierenden Schicht, zu er zeugen, kann auch allgemein ohne die Begrenzung der Erneuerung einer ersten Ätzmaske eingesetzt werden. In diesem Fall können im Substrat vergrabene Strukturen wieder 1 : 1 auf die Substratoberfläche belichtet werden, ohne dass eine komplizierte optische Ausrichtung eines Retikels erfolgen muss. Hierzu wird 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.
- 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 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:
-
-
1 –7 verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ätzung eines Substrats, wobei eine erste Ätzmaske durch eine zweite erneuert wird, und -
8 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Verfahrens, um in einem Substrat vergrabene Strukturen wieder 1 : 1 auf die Substratoberfläche zu belichten. - Die
1 zeigt ein zu ätzendes Substrat1 mit einer ersten Ätzmaske2 , die z. B. fotografisch mit Retikel strukturiert ist. Zwischen der Ätzmaske2 und dem Substrat1 ist eine reflektierende Schicht3 angeordnet. Zwischen der reflektierenden Schicht3 und dem Substrat1 ist eine Schutzschicht5 ,6 angeordnet, die aus einer direkt auf dem Substrat angeordneten Pad-Sio2-Schicht5 und einer direkt darauf direkt unterhalb der reflektierenden Schicht3 angeordneten Pad-SiN-Schicht6 besteht. - Die
2 zeigt einen Zustand des in der1 gezeigten beschichteten Substrats nach einer ersten Ätzung, die zumindest die reflektierende Schicht3 und vorzugsweise die Schutzschichten6 ,5 und weiter optional einen Teil des Si-Substrats1 ätzt. In der2 ist gezeigt, dass sowohl die reflektierende Schicht3 , wie auch die Schutzschichten6 ,5 und ein Teil des Si-Substrats1 geätzt wurde. Bei dieser Ätzung wird auch die durch eine Fotolackschicht2 gebildete erste Ätzmaske zumindest teilweise verbraucht und vermindert sich somit in ihrer Dicke, wie es in der2 schematisch gezeigt ist. - Die
3 zeigt einen Zustand des beschichteten und (kurz) strukturierten Substrats1 mit einem aufgebrachten Negativfotolack4 , der ganzflächig belichtet wird. Nur an den Stellen, an denen die reflektierende Schicht3 noch vorhanden ist, wird die Fotolackschicht4 durch die mehr als einfache Durchleuchtung vollständig durchbelichtet und bleibt nach der Entwicklung erhalten. Optional kann die hier durch die erste Lackschicht2 gebildete erste Ätzmaske vor dem Auftragen der zweiten Lackschicht4 entfernt werden. - Die
4 zeigt das in der3 gezeigte beschichtete, teilweise geätzte, und mit einer zweiten belichteten Lackschicht4 versehene Substrat1 nach der Entwicklung der zweiten Fotolackschicht4 , d. h. vor einer weiteren Ätzung. - Die
5 zeigt den Zustand nach einer weiteren Substratätzung, wonach wie in den6 und7 gezeigt, eine erneute Beschichtung mit einer weiteren zweiten Lackschicht4 , deren Belichtung und eine weitere Substratätzung erfolgen kann, bis die gewünschte Tiefe der Ätzung in dem Substrat1 erreicht ist. - Die
8 zeigt das in der7 dargestellte Substrat1 , bei dem die durch die zweite Fotolackschicht4 gebildete Ätzmaske, die durch die erste Fotolackschicht2 gebildete Ätzmaske, die reflektierende Schicht3 , sowie die Schutzschicht6 ,5 entfernt sind, bei dem der in der7 gezeigte Graben mit einem Füllmaterial9 , z. B. Polysilizium, mit einer dar auf angeordneten reflektierenden Schicht3 versehen ist, welche Anordnung mit einer abgeschiedenen Schicht7 versehen, z. B. mit einem epitaktischem Silizium überwachsen, und danach mit einer Fotolackschicht8 beschichtet wurde. Nach einer ganzflächigen Belichtung dieser Fotolackschicht8 , die hier aus einem Positivfotolack gebildet wird, werden einfach durchleuchtete Bereiche8a und aufgrund der reflektierenden Schicht3 ein zusätzlich beleuchteter Bereich8b erzeugt. Nach einer Entwicklung der Fotolackschicht8 ist dieser sich über dem Graben des Substrats1 befindliche Bereich8b entfernt und der Graben kann durch eine Ätzung der abgeschiedenen Schicht7 freigelegt (kontaktiert) werden. Eine Erneuerung der Positivfotolackschicht8 ist analog der in Bezug auf die1 bis7 gegebenen obigen Beschreibung für die Erneuerung der ersten Ätzmaske2 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 Substrat1 aufgetragen. Nach einer ersten litographischen Strukturierung, der Übertragung der Struktur auf das Metall und auf die darunterliegende Schutzschicht5 ,6 kann auch eine erste Strukturierung des Substrats1 vorgenommen werden. Bevor die zu dieser ersten Strukturierung verwendete Ätzmaske vollständig aufgebraucht ist, wird die Strukturierung des Substrats1 unterbrochen und eine Schicht negativen Fotolacks aufgetragen. Notwendigerweise muss natürlich nur die eine reflektierende Schicht3 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 Schicht3 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 Schicht3 vorhanden ist, wird die Fotolackschicht4 entsprechend stärker durchleuchtet und durchbelichtet. Die nachfolgende Entwicklung des Negativlacks4 entfernt dadurch nun die Bereiche, die keine reflektierende Schicht3 aufweisen, während in den Bereichen, unter denen kein reflektierendes Material3 vorhanden ist, der Fotolack4 stehenbleibt. Dieser Lack wird nun wieder als Ätzmaske für das Substrat1 dienen. Diese Methode, zu Belacken, zu Belichten, und zu Entwickeln, kann nun je nach zu erreichender Ätztiefe öfters wiederholt werden.
Claims (9)
- Verfahren zur Ätzung eines Substrats (
1 ) mittels einer ersten Ätzmaske, wobei die erste Ätzmaske durch eine zweite Ätzmaske erneuert wird, 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 voll-ständig belichtet sind, 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. - Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Entfernens der ersten Ätzmaske, bevor die zweite Fotolackschicht (
4 ) aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufbringens einer Schutzschicht (
5 ,6 ) auf dem zu ätzendem Substrat (1 ) bevor die reflektierende Schicht (3 ) darauf aufgebracht wird. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (
5 ,6 ) bei einem zu ätzenden Substrat aus Silicium zweilagig aus einer direkt auf dem Substrat (1 ) aufgebrachten SiO2 Schicht (5 ) und einer auf der SiO2 Schicht (5 ) aufgebrachten SiN-Schicht (6 ) gebildet wird. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein für die erste oder zweite Fotolackschicht (
2 ,4 ) verwendeter Fotolack keine hohe Absorption aufweist. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Schicht (
3 ) aus Metall besteht. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtung eine ganzflächige homogene Belichtung mit parallelem Licht ist.
- Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fotolack ein Negativfotolack verwendet wird, um Gräben in dem Substrat (
1 ) zu erzeugen. - 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.
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