DD250400A1

DD250400A1 - Schablonenabbildungsverfahren zur verringerung des strukturrasters

Info

Publication number: DD250400A1
Application number: DD29155686A
Authority: DD
Inventors: Rainer Pforr; Frank Mueller; Dieter Woischke; Wolfram Grundke
Original assignee: Mikroelektronik Zt Forsch Tech
Priority date: 1986-06-23
Filing date: 1986-06-23
Publication date: 1987-10-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schablonenabbildungsverfahren zur Verringerung des Strukturrasters fuer licht- oder korpuskularstrahloptische Systeme und wird insbesondere zum Strukturieren von Oberflaechenschichten auf Substraten bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente eingesetzt. Die Strukturverkleinerung soll dabei auf gleicher geraetetechnischer Grundlage bei ausreichender Ueberdeckungsgenauigkeit und hoher Produktivitaet erfolgen. Bei der erfindungsgemaessen Prozessfolge ist der Strukturinhalt einer Mutterschablone auf mehrere Tochterschablonen so verteilt, dass deren Figuren bezueglich Geometrie, Positionskoordinate der Figurenschwerpunkte relativ zur Justiermarke und Existenz bei vollstaendiger Abbildung nacheinander uebereinstimmen, wobei erfindungswesentlich ist, dass die Abstaende der Figuren in Form transparenter Gebiete in gedecktem Umfeld gross in bezug auf die Strukturaufloesung des abbildenden Systems sind.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Schablonenabbiidungsverfahren zur Verringerung des Strukturrasters für licht- oder korpuskularstrahloptische Systeme auf Oberflächenschichten von Substraten. Es wird insbesondere zum Strukturieren von Isolier- und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitersubstraten bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente eingesetzt. Des weiteren kann es aber auch bei der lithografischen Strukturierung anderer planer Werkstückoberflächen Anwendung finden, wo Elementabmessungen bis zum Submikrometerbereich erforderlich sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen oder integrierten Schaltkreisen mit lithografischen Verfahren wird bekanntlich auf ein Halbleitersubstrat, auf dem sich eine zu strukturierende technologische Schicht — beispielsweise aus SiO₂ — befindet, eine dünne Resistschicht aufgebracht. Diese wird in einem licht- oder korpuskularstrahloptischen System unter Verwendung einer einzigen, den vollständigen Strukturinhalt tragenden Schablone belichtet und anschließend selektiv entwickelt, so daß eine Resistmaske entsteht, die das „Schablonenbild" je nach Resisttyp als positives oder negatives Muster trägt. Mittels geeigneter

Ätzprozesse wird das entstandene Muster in die technologische Schicht übertragen, die so wiederum entsprechend der Zielstellung auch als Maske bei der Dotierung zur Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Substrates, zur selektiven Oxidation, zur Substratätzung o.a. verwendet werden kann. Gemäß DD-WP 231 452 ist ein Verfahren zur Projektion von Mikrostrukturen bekannt, bei dem die Resistschicht mit mehreren Schablonen mindestens dreimal aufeinanderfolgend mit entsprechend der Schablonenanzahl reziprok anteiligen Belichtungszeiten belichtet wird. Der strukturelle Inhalt der in Abhängigkeit von der Anzahl der Teilbelichtungen eingesetzten Schablonen ist auf jeder Schablone vollständig und daher gleich. Aufgabenstellung dieses Verfahrens ist die Unterdrückung von strukturellen Fehlern auf der Schablone, verursacht durch aufliegende Partikel oder auch statistisch verteilte Defekte. Nachteilig dabei sind die beträchtliche Reduzierung der Produktivität, die erhöhten Schablonenkosten und vor allem erhöhte verfahrensbedingte lokale Strukturbreitenschwankungen und daraus resultierende Defektdichten.

Zur Verringerung der Defektdichte der Resistmaske — insbesondere bezüglich Pinholes — sind ebenfalls verschiedene Verfahren bekannt. Die DE-AS 1639263 beschreibt ein Maskierungsverfahren, bei dem zwei Resistmasken übereinander aufgebracht werden, wobei mindestens zwei Schablonen mit gleichem geometrischen Musterzur Anwendung kommen. Die resultierende Doppelresistmaske weist dann eine Pinholdichte auf, die sich annähernd aus dem Produkt der Wahrscheinlichkeiten für das Auftreten von Pinholes in den Einzelmasken ergibt, das heißt wesentlich geringer als die jeder Einzelmaske ist. Weitgehend analog diesem Verfahren ist das in der US-PS 3922148 beschriebene, wobei vor der Erzeugung der zweiten Resistmaske eine Ätzung des darunter liegenden Substrates auf etwa halbe Schichttiefe durchgeführt und anschließend die erste Resistmaske entfernt wird. Die beiden Verfahren weisen allerdings den Nachteil auf, daß sich bedingt durch Überdeckungsfehler und Maßtoleranzen die resultierende Maßtoleranz der Doppelresistmaske erheblich vergrößert. Dieser Nachteil wird gemäß der DD-WP 204574 dadurch vermieden, daß die Strukturen der zweiten Schablone gegenüber der Breite der ersten Schablone geeignet vorverzerrt werden, so daß sich keine Überlappung der Strukturkanten der beiden Resistmasken ergibt. Der erforderliche Wert der Vorverzerrung ergibt sich aus den Toleranzen der Strukturmaße und dem Überdeckungsfehler der angewandten lithografischen Verfahren. Alle genannten Verfahren ermöglichen aber keine Verringerung der Strukturbreitentoleranz oder gar der Strukturauflösung gegenüber dem Einzelresistmaskierungsprozeß. Hierfür ist in DE-OS 28 35 313 vorgesehen, daß der Strukturinhalt einer Mutterschablone auf verschiedene Tochterschablonen so verteiltwird, daß auf den Tochterschablonen immer nur Strukturen relativ begrenzten Strukturbreitespektrums auftreten, die mit denen der Mutterschablone in Form und Lage übereinstimmen. Diese werdea nacheinander in die gleiche Resistmaske belichtet, wobei eine Anpassung der Belichtungszeit für die verschiedenen Belichtungsprozesse derart erfolgt, daß die übertragenen *r Maximalintensitäten für alle Strukturbreiten gleichgroß sind. Gegenüber dem üblichen Verfahren der gleichzeitigen Übertragung der Strukturen verringert sich die Streuung der Strukturbreiten und verbessert sich die Einhaltung der 'Struktursollbreiten. Nachteilig ist, daß sich die Luftbilder eng benachbarter Strukturen wie beim üblichen Verfahren der gleichzeitigen Abbildung aller Strukturelemente überlagern, wodurch keine Verbesserung der Strukturauflösung ermöglicht wird. Ein weitgehend analoges Verfahren mit den gleichen Nachteilen ist aus dem EP 126786 bekannt. Beide Verfahren setzen eine sehr gute Überdeckungsleistung der Abbildungsanlage voraus, weil beim Auftreten größerer Überdeckungsfehler beim Übertragen der Tochterschablonen die gegenseitige Beeinflussung der Intensitäten benachbarter Figuren im Resist gegebenenfalls so stark ist, daß der zwischen zwei nacheinander übertragenen Grabenfiguren befindliche Steg infolge Anbelichtung nicht aufgelöst wird. Eine weitere Modifikation des „Schablonenzerlegungsverfahrens" wird in der DE-OS 3133350 angegeben. Dabei werden mehrere Resists verschiedener spektraler Empfindlichkeit übereinander auf einen Festkörper aufgebracht, unter Verwendung mehrerer Schablonen mit Wellen- oder Teilchenstrahlung spektral angepaßter Energie belichtet und anschließend einzeln nacheinander entwickelt.

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Belichtung der zur Strukturierung der Werkstücke letztlich verwendeten Resistschichten mittels mehrerer Belichtungsanlagen mit verschiedenen Auflösungsvermögen und unterschiedlicher Produktivität vorgenommen werden kann.

Zum Beispiel können die auflösungskritischen Strukturen einer Mutterschablone mit hochauflösenden, aber unproduktiven e-Strahlbelichtungsanlagen und vergleichsweise große Strukturen mit wesentlich produktiveren UV-Belichtungsanlagen übertragen werden. Als problematisch sind die Prozesse der Mehrfach beschichtung der HL-Scheibe mit Resists verschiedener physikalisch und chemischer Konsistenz sowie die technologische Stabilität des Mehrschrittentwicklungsprozesses zu betrachten. Bedingt durch die vergleichsweise hohe Dicke der Mehrfachresistschicht wird die Substratreflexion herabgesetzt und dadurch ein schneller Uberdeckungsvorgang beispielsweise für Anlagen mit schrittweiser Überdeckung und Belichtung der HL-Scheibe erschwert. Da jedoch die technologischen Ebenen mit hohen Anforderungen an die Strukturauflösung in den meisten Fällen auch diejenigen der höchsten geforderten Überdeckungsgenauigkeit sind, im gemischten Betrieb von Belichtungsanlagen jedoch immer zusätzliche Überdeckungsfehler auftreten, ist die Anwendungsbreite dieser sogenannten „Mischtechnik" begrenzt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der Strukturübertragung für maskenabbildende Techniken zu entwickeln, das insbesondere für integrierte Halbleiteranordnungen eine Erhöhung der Integrationsdichte durch Strukturverkleinerung auf gleicher gerätetechnischer Grundlage — das heißt ohne Mischbetrieb — ermöglicht und damit zu einer wesentlichen Produktivitätssteigerung, niedrigeren Anlagenkosten und hohen Überdeckungsgenauigkeit führt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schablonenabbildungsverfahren anzugeben, das mit einem licht- oder korpuskularstrahloptischen System eine vergleichsweise gegenüber bekannten Strukturierungsverfahren erhebliche Reduzierung des Strukturrasters und somit beispielsweise eine Erhöhung der Integrationsdichte bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Verwendung mehrerer Tochterschablonen, deren aufgeteilte Figuren bezüglich ihrer Geometrie, der Positionskoordinate des Figurenschwerpunktes relativ zur Schablonenjustiermarke und ihrer Existenz bei vollständiger Abbildung nacheinander mit dem strukturellen Inhalt einer Mutterschablone übereinstimmen, dadurch gelöst, daß zuerst auf ein Substrat mindestens eine Isolierschicht und/oder eine elektrisch leitende Schicht und darauf eine in Abhängigkeit von der Strahlart strahlungsempfindliche Schicht aufgebracht wird. Diese Resistschicht wird anschließend durch eine erste Tochterschablone bestrahlt, die wie alle weiteren Tochterschablonen des Schablonensatzes ausgewählte — mit der Mutterschablone übereinstimmende — Figurengruppen in Form transparenter Gebiete in gedecktem Umfeld enthält, wobei erfindungswesentlich ist, daß die Aufteilung der Figurengruppen auf den einzelnen Tochterschablonen so vorgenommen wird, daß der Abstand zwischen zwei transparenten Gebieten größer als die Grenzauflösung des abbildenden Systemsfür Stege ist. Ist das Muster der ersten Tochterschablone auf die Resistschicht abgebildet, wird diese entwickelt sowie stabilisiert und dient so als Resistmarke für die Übertragung in die darunter befindliche(n) Schicht(en) durch Ätzen in bekannter Weise. Die örtlich selektiv durchgeätzte Schicht kann dabei eine halbleitertechnologische und/oder eine Zwischenresistschicht sein. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines organischen Polymers als Zwischenresistschicht, das durch Einfärbung einen hohen Absorptionskoeffizient für den zur Belichtung und einen niedrigen für den zur Justierung benutzten Spektralbereich aufweist.

Nach dem Entfernen der ersten Restistmaske wird entsprechend der Anzahl weiterer Tochterschablonen, deren Figurengruppen zur ersten Tochterschablone und untereinander verschieden sind, aber in bereits beschriebener Weise mit der Mutterschablone übereinstimmen, mit dem gleichen abbildenden System der Prozeßzyklus Resistbeschichtung auf die nunmehrteilweise strukturierte(n) Schicht(en), Abbilden des Schablonenmusters, Resistentwicklung — und -stabilisierung, Strukturübertragung, Resistentfernung solange wiederholt, bis der gesamte strukturelle Inhalt der Mutterschablone mit kleinstem Strukturraster — wie bereits ausgeführt— übertragen ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1 a bisc: die Aufteilung der Figurgruppe einer Mutterschablone auf zwei Tochterschablonen Fig.2a bis d: die erfindungsgemäße Verfahrensschrittfolge in schematischer Darstellung

Nachstehende Erläuterungen sollen sich auf die schrittweise verkleinerte Projektionsabbildung beziehen, weil hierbei die wichtige Voraussetzung hoher Überdeckungsleistung erfüllt wird.

Fig.1 zeigt ausschnittsweise, wie die Figurengruppen in Form transparenter Gebiete 1.30; 1.40; 1.50; 1.60 in gedecktem Umfeld der Mutterschablone 1.10 (nachfolgend als MS bezeichnet) auf zwei Tochterschablonen (nachfolgend als TS bezeichnet) 1.11; 1.12 (erforderlichenfalls auch mehr) alternierend verteilt werden. Eine einzige Abbildung des Musters der MS 1.10 wäre meistens fehlerhaft, weil zwar die transparenten Gebiete 1.30; 1.40; 1.50; 1.60 gerade noch auflösbar sind, hingegen die zwischenliegenden Stege die Grenzauflösung eines Abbildungssystems geringfügig unterschreiten (Fig. 1 a).

Erfindungsgemäß erfolgt die Aufteilung der Figuren von der MS 1.10 auf mindestens zwei TS 1.11; 1.12 derart, daß der Abstand zwischen den transparenten Gebieten eine zur sicheren Auflösung ausreichende Breite aufweist. Wie in Fig. 1 b und 1 c dargestellt, entsprechen demzufolge die transparenten Gebiete 1.30 und 1.50 der MS 1.1 Oden Gebieten 1.31 und 1.51 der ersten TS 1.11 und die transparenten Gebiete 1.40 und 1.60 der MS 1.10 den Gebieten 1.42 und 1.62 der zweiten TS 1.12, wobei ihre Positionskoordinate in bezug auf die Schablonenjustiermarken 1.2 und ihre Geometrie übereinstimmen.

Fig.2a-d zeigt die Verfahrensschrittfolge zur Strukturerzeugung auf Oberflächenschichten von Substraten unter Verwendung der beschriebenen TS 1.11; 1.12 gemäß Fig. 1 b und 1c.

Zur Herstellung einer Halbleiteranordnung wird auf ein Substrat 21 eine technologische Schicht 22, zum Beispiel Siliziumdioxid, Polysilizium, Silox, Aluminium und darauf günstigerweise eine Zwischenresistschicht 23, vorzugsweise aus einem organischen Polymer aufgebracht.

Es ist aber durchaus möglich, diese Zwischenresistschicht 23 wegzulassen.

Auf die obere Schicht 23 oder 22 wird eine erste strahlenempfindliche Schicht 24.1 — hier Positivstrahlenkopierlack PKSL — aufgeschleudert und über die erste TS 1.11 mit den bereits beschriebenen Figuren bestrahlt.

Nach dem Entwickeln und Stabilisieren der PKSL-Schicht wird das schaltkreisrelevante Muster in die darunterliegende(n) Schicht(en) 23 und/oder 22 durch Ätzen übertragen, wobei die entstandenen Durchbrüche 1.31'; 1.51'den transparenten Gebieten 1.31; 1.51 der ersten TS 1.11 bzw. 1.30; 1.50 der MS 1.10 entsprechen (Fig. 2a).

Anschließend werden die PKSL-Reste entfernt und der Prozeßzyklus

Lackaufbringung 24.2,

Bestrahlen über die nächste TS 1.12,

Entwickeln und Stabilisieren der PKSL-Schicht, so daß die Durchbrüche 1.42'; 1.62' entstehen (Fig.2b), Übertragen des Musters in die darunterliegende Schicht 23 und/oder 22 durch Ätzen und Entfernen der PKSL-Reste solange wiederholt, bis alle TS 1.11 bis 1.1 η nacheinander abgebildet sind, das heißt der gesamte strukturelle Inhalt der MS 1.10 übertragen ist (Fig.2c).

Die komplett strukturierte Schicht 22 dient beispielsweise als Maske bei der Dotierung des Substrates 21 mittels Diffusion und/oder Implantation, sowie zur selektiven Oxidation, Substratätzung u.ä.(Fig.2d).

Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten besteht darin, daß ein Überlagern der Luftbilder von benachbarten transparenten Gebieten durch die spezifische Aufteilung auf mehrere TS in den nacheinander erzeugten strahlungsempfindlichen PKSL-Schichten vermieden wird.

Dadurch können außerordentlich schmale Stege erzeugt und mithin eine beträchtliche Reduzierung des Strukturrasters erreicht werden.

Claims

1. Schablonenabbildungsverfahren zur Verringerung des Strukturrasters mittels licht- oder korpuskularstrahloptischer Systeme auf Oberflächenschichten von Substraten, insbesondere zum Strukturieren von Isolier- und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitersubstraten bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen, bei dem mehrere Tochterschablonen eingesetzt werden, deren Positionskoordinate der Figurenschwerpunkte relativ zur Schablonenjustiermarke und ihrer Existenz bei vollständiger Abbildung nacheinander mit dem strukturellen Inhalt einer Mutterschablone übereinstimmen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Aufbringen mindestens einer Schicht (22 und/oder 23) auf das Substrat (21),

b) Aufbringen einer strahlungsempfindlichen Schicht (24.1) auf diese Schicht/en (22; 23),

c) Bestrahlen der strahlungsempfindlichen Schicht (24.1) durch die auf eine erste Tochterschablone (1.11) aufgeteilten — mit der Mutterschablone (1.10) übereinstimmenden — Figuren in Form transparenter Gebiete (1.31; 1.51) in gedecktem Umfeld, deren Abstände vorgegebenermaßen groß in bezug auf die Strukturauflösung des abbildenden Systems sind,

d) Entwickeln und Stabilisieren der Resistschicht (24.1),

e) Musterübertragung mittels der erzeugten maskierenden Resistschicht (24.1) durch Ätzen auf volle Schichtdicke in die darunterliegende/n Schicht/en (22; 23),

f) Entfernen der Reste der Resistschicht (24.1),

g) Wiederholen des Zyklus c) bisf) mit mindestens einer weiteren Tochterschablone (1.12) und - erneut aufgebrachter strahlungsempfindlicher Schicht (24.2) auf die teilweise strukturierte/n

Schicht/en (22; 23), so daß im Ergebnisfder gesamte strukturelle Inhalt der Mutterschablone (1.10) übertragen ist.

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die mehrfach geätzte Schicht (22) eine halbleitertechnologische ist.

3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die halbleitertechnologische Schicht (22) als Maske bei der Dotierung des Substrates (21) mittels Diffusion und/oder Implantation, zur selektiven Oxidation, Substratätzung verwendet wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die mehrfach geätzte Schicht (23) eine Zwischenresistschicht ist und zur Strukturierung der darunter befindlichen technologischen Schicht (22) verwendet wird.

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenresistschicht (23) aus einem organischen Polymer besteht, das durch Einfärbung einen hohen Absorptionskoeffizient für den zur Belichtung und einen niedrigen für den zur Justierung benutzten Spektralbereich aufweist.