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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
als Ätzmaske
dienenden Struktur auf der Oberfläche eines Substrats.
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Zur
Herstellung feinster Strukturen in der Oberfläche eines Substrats wie beispielsweise
mikroelektronischer Schaltungsstrukturen oder Gittern für Oberflächenwellenfilter
oder Halbleiterlaser werden besondere Strukturierungsverfahren eingesetzt. Eine
der gängigsten
und seit den Anfängen
der Halbleitertechnologie bekannten Methoden stellt die optische
Mikrolithographie dar. Hierbei wird eine strahlungsempfindliche
Photolackschicht auf die zu strukturierende Oberfläche eines
Substrats aufgebracht und mithilfe von elektromagnetischer Strahlung durch
eine Belichtungsmaske belichtet. Bei dem Belichtungsvorgang werden
auf der Belichtungsmaske angeordnete lithographische Strukturen
mithilfe eines Linsensystems auf die Photolackschicht abgebildet
und mittels eines nachfolgenden Entwicklungsprozesses in die Photolackschicht übertragen.
Die auf diese Weise hergestellten Photolackstrukturen werden anschließend als Ätzmaske
bei der Bildung der Strukturen in der Oberfläche des Substrats in einem
oder mehreren Ätzprozessen
verwendet.
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Hauptzielsetzung
der Halbleiterindustrie ist die stetige Miniaturisierung der Strukturen,
d.h. die stetige Verkleinerung der Strukturdimensionen und des Abstands
zwischen einzelnen Strukturelementen. Die erreichbare Auflösungsgrenze
der Strukturen wird dabei vorrangig durch die Wellenlänge der eingesetzten
Strahlung begrenzt. Im Zuge der angestrebten Strukturverkleinerung
werden daher auch immer kleinere Belichtungswellenlängen verwendet. Gegenwärtig liegen
die kleinsten eingesetzten Belichtungswellenlängen bei 248 und 193 nm.
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Um
die Auflösungsgrenze
bei derzeitigen optischen Lithographieverfahren zu erhöhen, werden spezielle
Belichtungsmasken wie alternierende Phasenmasken oder binäre Masken
mit Dipolbeleuchtung eingesetzt. Auf diese Weise lässt sich
beispielsweise bei einem Lithographieprozess mit einer Belichtungswellenlänge von
193 nm ein minimaler Mittenabstand zwischen Strukturelementen von
110 nm erreichen.
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Zur
weiteren Erhöhung
der Auflösungsgrenze
werden Lithographieverfahren entwickelt, welche mit noch kleineren
Belichtungswellenlängen
arbeiten. Hierunter fallen die Lithographie mit einer Belichtungswellenlänge von
157 nm und die sogenannte EW-Lithographie mit extrem ultraviolettem
Licht (EUV), bei welcher die Belichtungswellenlänge rund 13 nm beträgt. Eine
weitere in der Entwicklung befindliche Lithographietechnik ist die
sogenannte Immersionslithographie. Hierbei wird der Raum zwischen
dem Linsensystem und dem zu strukturierenden Substrat mit einer
Flüssigkeit
aufgefüllt,
um das Auflösungsvermögen zu verbessern.
Alle diese Techniken werden jedoch erst in der Zukunft zur Verfügung stehen.
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Zur
Erzeugung sehr kleiner Strukturen kann ferner die sogenannte Elektronenstrahl-Lithographie eingesetzt
werden, bei welcher ein feinfokussierter Elektronenstrahl über eine
elektronenstrahlempfindliche Photolackschicht gelenkt wird. Da bei
diesem Verfahren jedoch jedes Strukturelement einzeln geschrieben
werden muss, gestaltet sich das Verfahren sehr zeitintensiv. Darüber hinaus
ist das Verfahren aufgrund des hieraus resultierenden geringen Durchsatzes
relativ teuer.
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Aus
der
DE 42 35 702 A1 ist
ein weiteres Verfahren zur Erzeugung von sehr feinen Strukturen, insbesondere
Linien- bzw. Gitterstrukturen, in der Oberfläche eines Substrats bekannt.
Dieses Verfahren basiert auf der Unterteilung der herzustel lenden Struktur
in zwei Teilstrukturen, welche zunächst in voneinander getrennten
Lithographieprozessen als Photolackstrukturen auf der Substratoberfläche ausgebildet
werden. Die beiden Photolackstrukturen werden anschließend als Ätzmasken
zur Herstellung der gesamten Struktur in der Substratoberfläche in einem Ätzprozess
herangezogen. Da benachbarte Strukturelemente der auf diese Weise
erzeugten Struktur auf einem halb so großen (Mitten-)Abstandsraster
liegen wie Strukturelemente in den einzelnen Teilstrukturen, lassen
sich mit diesem Verfahren sehr feine Strukturen herstellen. Insbesondere
lässt sich ein
Abstand der Strukturelemente verwirklichen, welcher unterhalb der
Auflösungsgrenze
der zugrunde liegenden Lithographieprozesse liegt. Als großer Nachteil
erweisen sich jedoch mögliche Überlagerungsfehler
von den beiden getrennten Lithographieprozessen, wodurch die Abbildungsgenauigkeit
des Verfahrens eingeschränkt
ist.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung von sehr feinen Strukturen, insbesondere
Linienstrukturen, ist aus der
DE 42 36 609 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren
wird zunächst
mithilfe eines Lithographieprozesses eine Ausgangsstruktur auf der
Oberfläche eines
Substrats hergestellt. Anschließend
werden Spacer auf der Substratoberfläche erzeugt, welche die Strukturelemente
der Ausgangsstruktur seitlich begrenzen. Nach Entfernen der Ausgangsstruktur werden
die Spacer als Ätzmaske
zum Herstellen einer Struktur in der Oberfläche des Substrats verwendet.
Auch dieses Verfahren ermöglicht
die Realisierung minimaler Abstände
von Strukturelementen einer Struktur unterhalb des Auflösungsvermögens des
zur Herstellung der Ausgangsstruktur verwendeten Lithographieprozesses.
Ein großer
Nachteil des Verfahrens besteht allerdings darin, dass Strukturgrößenschwankungen
bei der Ausgangsstruktur Positionsschwankungen der Spacer und damit
der Strukturelemente der herzustellenden Struktur hervorrufen. Infolgedessen
ist die Herstellung einer regelmäßigen Struktur,
bei welcher alle Strukturelemente möglichst exakt auf einem vorgegebenen
Mittenabstandsraster liegen, nur begrenzt möglich.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Verfahren zum Herstellen einer sehr feinen als Ätzmaske dienenden Struktur
auf der Oberfläche
eines Substrats bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein
Verfahren zum Herstellen einer als Ätzmaske dienenden Struktur
auf der Oberfläche
eines Substrats vorgeschlagen. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt
eine erste Teilstruktur auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet,
welche regelmäßig angeordnete
und im Wesentlichen gleich beabstandete Strukturelemente aufweist.
In einem zweiten Verfahrensschritt werden Spacer auf der Oberfläche des
Substrats ausgebildet, welche an Seitenwände der Strukturelemente der
ersten Teilstruktur angrenzen, wobei zwischen den Spacern Aussparungen
bereitgestellt werden. In einem dritten Verfahrensschritt wird Füllmaterial
in die Aussparungen zwischen den Spacern eingebracht, wobei eine
Oberfläche
der Spacer freigelegt ist. In einem vierten Verfahrensschritt werden
die Spacer entfernt, um eine das Füllmaterial aufweisende zweite
Teilstruktur mit regelmäßig angeordneten und
im Wesentlichen gleich beabstandeten Strukturelementen zu bilden.
Die herzustellende Struktur setzt sich aus der ersten und der zweiten
Teilstruktur zusammen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet eine Möglichkeit,
eine sehr feine als Ätzmaske
dienende Struktur, insbesondere eine Linien- bzw. Gitterstruktur,
auf der Oberfläche
eines Substrats mit einer hohen Genauigkeit auszubilden. Da lediglich
die Aussparungen zwischen den Spacern zur Herstellung der Strukturelemente
der zweiten Teilstruktur genutzt werden, welche im Wesentlichen
jeweils in der Mitte zwischen benachbarten Strukturelementen der
ersten Teilstruktur liegen, sind auch die Strukturelemente der zweiten
Teilstruktur im Wesent lichen selbstjustiert in der Mitte zwischen
benachbarten Strukturelementen der ersten Teilstruktur angeordnet.
Infolgedessen liegen alle Strukturelemente der aus der ersten und
der zweiten Teilstruktur zusammengesetzten Struktur möglichst
exakt auf einem vorgegebenen Mittenabstandsraster. Gegenüber den
einzelnen Teilstrukturen weisen benachbarte Strukturelemente der Struktur
hierbei einen halb so großen
Mittenabstand auf.
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In
der für
die Praxis relevanten Ausführungsform
wird in dem zweiten Verfahrensschritt eine Spacerschicht großflächig auf
der Oberfläche
des Substrats aufgebracht, welche die Strukturelemente der ersten
Teilstruktur bedeckt, um die Spacer auszubilden. Die Dicke der Spacerschicht
sowie die Breite der Strukturelemente der ersten Teilstruktur geben dabei
die Breite der Aussparungen zwischen den Spacern und damit die Breite
der Strukturelemente der zweiten Teilstruktur vor.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird ein Teil der Spacerschicht nach dem Aufbringen derart abgetragen
oder entfernt, dass Oberflächen
der Strukturelemente der ersten Teilstruktur freiliegen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird in dem dritten Verfahrensschritt das Füllmaterial großflächig auf
der Spacerschicht bzw. auf den Oberflächen der Strukturelemente der
ersten Teilstruktur aufgebracht und nachfolgend das Füllmaterial
derart entfernt oder abgetragen, dass das Füllmaterial lediglich innerhalb
der zwischen den Spacern bereitgestellten Aussparungen verbleibt.
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Da
die Kanten der Spacerschicht bzw. der Spacer im oberen Bereich der
Aussparungen abgerundet ausgebildet sein können, ist es insbesondere bevorzugt,
das Füllmaterial
bis zu einer Tiefe der Aussparungen zu entfernen oder abzutragen,
in welcher Seitenwände
der Spacer eine maximale Neigung in einem Bereich von –10° bis +10° zu einer Vertikalen
aufweisen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Seitenwände der
Strukturelemente der zweiten Teilstruktur eine entsprechend geringe
Neigung aufweisen, wodurch sich mit der aus der ersten und der zweiten
Teilstruktur zusammengesetzten und als Ätzmaske dienenden Struktur
ein besonders gutes Ätzergebnis
erzielen lässt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Füllmaterial
ein Photolack, welcher als Photolackschicht großflächig auf der Oberfläche des
Substrats aufgebracht und zum Entfernen belichtet und entwickelt
wird. Sofern die Spacerschicht bzw. die Spacer aus einem lichtabsorbierenden
Material bestehen, kann die Photolackschicht auch großflächig belichtet
und entwickelt werden. Aufgrund von Absorption und/oder Beugung
der Belichtungsstrahlung erfährt
der innerhalb der Aussparungen befindliche Photolack ab einer gewissen
Tiefe keine Belichtung. Bei dem nachfolgenden Entwicklungsvorgang
wird der Photolack folglich außerhalb der
Aussparungen und in einem oberen Bereich innerhalb der Aussparungen
entfernt, während
die Aussparungen in einem unteren Bereich weiterhin mit dem Photolack
aufgefüllt
sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die als Füllmaterial
dienende Photolackschicht strukturiert belichtet und entwickelt.
Auf diese Weise können
weitere Strukturelemente auf der Substratoberfläche hergestellt werden, welche
beispielsweise die Strukturelemente der ersten und der zweiten Teilstruktur
miteinander verbinden.
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In
diesem Zusammenhang ist es insbesondere bevorzugt, dass die erste
Teilstruktur auf der Oberfläche
des Substrats angrenzend an die regelmäßig angeordneten Strukturelemente
zusätzlich
ein großflächiges Strukturelement
aufweist. Die strukturierte Photolackschicht wird dabei als Ätzmaske
zum Strukturieren des großflächigen Strukturelements
der ersten Teilstruktur vor Entfernen der Spacer herangezogen. Auf
diese Weise ist es möglich,
die herzustellende Struktur um weitere, an die regelmäßig angeordneten
Strukturelemente der ersten Teilstruktur angrenzende Strukturelemente
zu ergänzen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1a bis 7a die
Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer
ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Draufsicht;
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1b bis 7b den 1a bis 7a entsprechende
seitliche Schnittdarstellungen der Herstellung der Struktur;
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8 bis 10 die
Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer zweiten
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer seitlichen Schnittdarstellung;
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11 bis 14 die
Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer
dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer seitlichen Schnittdarstellung; und
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15 bis 20 die
Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer
vierten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Draufsicht.
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Die 1a bis 7a zeigen
die Herstellung einer als Ätzmaske
dienenden Struktur auf der Oberfläche eines Substrats 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Draufsicht. Den 1a bis 7a entsprechende
seitliche Schnittdarstellungen entlang der Schnittli nie AA von 1a zeigen
die 1b bis 7b. Bei
diesem Verfahren wird zunächst
mithilfe eines gewöhnlichen
Lithographieprozesses eine erste Teilstruktur 11 auf der
Substratoberfläche 10 ausgebildet,
welche auf einem regelmäßigen Mittenabstandsraster
angeordnete Linien 12 aufweist.
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Hierzu
wird eine Schicht 1 auf die Substratoberfläche 10 aufgebracht
und anschließend
eine Photolackschicht 3 auf die Schicht 1 abgeschieden. Nachfolgend
wird die Photolackschicht 3 durch entsprechende Belichtungs-
und Entwicklungsprozesse strukturiert, wobei die strukturierte Photolackschicht 3,
wie in den 1a und 1b dargestellt,
ein regelmäßiges Muster
aus im Wesentlichen gleich beabstandeten Linien aufweist. Bei dem
Substrat 10 handelt es sich beispielsweise um eine Silizium-Substratscheibe,
welche mit einer Siliziumoxynitridschicht beschichtet ist. Die Schicht 1 besteht
beispielsweise aus Polysilizium oder Wolfram.
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Nachfolgend
wird die strukturierte Photolackschicht 3 als Ätzmaske
zum Ätzen
der Schicht 1 herangezogen. Nach dem Ätzvorgang und einem darauffolgenden
Entfernen der Photolackschicht 3 verbleibt auf der Substratoberfläche 10 die
in den 2a und 2b dargestellte
erste Teilstruktur 11 mit freistehenden und auf einem regelmäßigen Mittenabstandsraster
angeordneten Linien 12. Vorzugsweise weisen die Linien 12 hierbei
einen minimalen Abstand auf.
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Um
möglichst
kleine Linienbreiten der Linien 12 zu erzielen, können optional
weitere Prozessschritte durchgeführt
werden. Eine mögliche
Vorgehensweise besteht beispielsweise in einer Überbelichtung und/oder Überentwicklung
der Photolackschicht 3, wodurch die Linien 12 schärfere Konturen aufweisen.
Des weiteren können
die hergestellten Linien 12 auch seitlich überätzt werden,
um kleinere Linienbreiten zu erhalten. Vorzugsweise entspricht die Dicke
einer Linie 12 dem Dreifachen der Linienbreite. Beispielsweise
weist eine Linie 12 eine Dicke von 150 nm und eine Breite
von 50 nm auf.
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Anschließend wird,
wie in den 3a und 3b dargestellt,
eine die Linien 12 bedeckende Spacerschicht 2 großflächig auf
der Substratoberfläche 10 aufgebracht.
Die Spacerschicht 2 besteht beispielsweise aus Siliziumdioxid
oder Siliziumnitrid und weist vorzugsweise eine der Breite der Linien 12 entsprechende
Schichtdicke auf.
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Nach
dem Aufbringen wird die Spacerschicht 2 einer anisotropen Ätzung unterzogen,
so dass die Oberflächen
der Linien 12, wie in den 4a und 4b dargestellt,
freiliegen. Die Linien 12 werden dabei jeweils von Spacern 21 eingefasst,
welche an Seitenwände
der Linien 12 angrenzen. Zwischen benachbarten Spacern 21 werden,
wie schon bei der Spacerschicht 2 vor der anisotropen Ätzung, Aussparungen
bereitgestellt.
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Danach
wird, wie die 5a und 5b zeigen,
eine Schicht eines Füllmaterials 4 unter
Auffüllung
der Aussparungen großflächig auf
den Linien 12 und den Spacern 21 aufgebracht.
Als Füllmaterial 4 kommt
beispielsweise Polysilizium oder Wolfram in Betracht.
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Anschließend wird
das Füllmaterial 4 derart entfernt
oder abgetragen, dass das Füllmaterial 4, wie
in den 6a und 6b gezeigt,
lediglich innerhalb der zwischen den Spacern 21 bereitgestellten
Aussparungen verbleibt. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines
Trockenätzprozesses,
gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer weiteren, nicht dargestellten
als Ätzmaske
dienenden Photolackschicht durchgeführt werden. Möglich ist
auch der zusätzliche
Einsatz eines CMP-Prozesses (chemisch-mechanisches Polieren). Durch
das Abtragen bzw. Entfernen des Füllmaterials 4 werden
auf der Substratoberfläche 10 zwischen
den Spacern 21 angeordnete Linien 42 gebildet.
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Da
die Kanten der Spacer 21 bzw. der zugrundeliegenden Spacerschicht 2 im
oberen Bereich der Aussparungen abgerundet ausgebildet sein können, wird
das Füllmaterial 4 vorzugsweise
zusammen mit den Spacern 21 und den Linien 12 bis
zu einer Tiefe der Aussparungen abgetragen, in welcher Seitenwände der
Spacer 21 eine maximale Neigung in einem Bereich von –10° bis +10° zu einer
Vertikalen aufweisen. Infolgedessen weisen auch die Linien 42 Seitenwände mit
einer entsprechend geringen Neigung auf.
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Nachfolgend
werden die Spacer 21 beispielsweise mittels eines isotropen Ätzverfahrens entfernt,
so dass auf der Substratoberfläche 10,
wie in den 7a und 7b dargestellt,
eine aus den freistehenden Linien 12 der ersten Teilstruktur 11 und den
freistehenden Linien 42 einer zweiten Teilstruktur 41 gebildete
Struktur angeordnet ist. Die Linien 42 der zweiten Teilstruktur 41 sind
dabei selbstjustiert jeweils im Wesentlichen in der Mitte zwischen
benachbarten Linien 12 der ersten Teilstruktur 11 angeordnet,
so dass alle Linien 12, 42 der hergestellten Struktur
auf einem regelmäßigen Abstandsraster
liegen. Diese Struktur kann als Ätzmaske
in einem nachfolgenden Ätzprozess
zur Strukturierung der Substratoberfläche 10 herangezogen
werden. Sofern das Füllmaterial 4 bzw.
die Linien 42 wie oben beschrieben bis zu einer Tiefe der
Spacer 21 abgetragen werden, in welcher die Seitenwände der
Spacer 21 eine maximale Neigung in einem Bereich von –10° bis +10° zu einer
Vertikalen aufweisen, lässt
sich mit der als Ätzmaske
dienenden Struktur ein besonders gutes Ätzergebnis erzielen.
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Die
Breite der Linien 42, welche vorzugsweise im Wesentlichen
der Breite der Linien 12 entspricht, ist abhängig von
der Breite der Linien 12 und der Breite der Spacer 21 bzw.
der Dicke der zugrundeliegenden Spacerschicht 2. Entsprechend
wird eine Breitenschwankung der Linien 42 durch eine Breitenschwankung
der Linien 12 und der Spacer 21 vorgegeben. Sofern
die Breite der Linien 12 nach deren Herstellung nicht einer
gewünschten
Breite entspricht, kann die Breite der Linien 42 durch
eine Anpassung der Breite der Spacer 21 bzw. der Dicke
der Spacerschicht 2 entsprechend korrigiert werden.
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Bei
der aus den beiden Teilstrukturen 11, 41 gebildeten
Struktur ist der Mittenabstand benachbarter Linien 12, 42 halb
so groß wie
der Mittenabstand der Linien 12, 42 in den einzelnen
Teilstrukturen 11, 41. Sofern mithilfe des zur
Herstellung der ersten Teilstruktur 11 herangezogenen Lithographieprozesses
ein minimaler Abstand der Linien 12 erzielt wird, liegt
der Mittenabstand benachbarter Linien 12, 42 der
gesamten Struktur folglich unterhalb der Auflösungsgrenze dieses Lithographieprozesses.
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Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann optional mehrfach angewendet
werden, um eine Struktur mit noch kleiner beabstandeten Linien auf
der Substratoberfläche 10 herzustellen.
Hierzu fungiert die aus den beiden Teilstrukturen 11, 41 zusammengesetzte
Struktur selbst als erste Teilstruktur und werden die einzelnen
Verfahrensschritte zum Ausbilden von Spacern 21 auf der
Substratoberfläche 10,
welche an Seitenwände
der Strukturelemente dieser ersten Teilstruktur angrenzen, Einbringen von
Füllmaterial 4 in
Aussparungen zwischen den Spacern 21 und Entfernen der
Spacer 21 zum Bilden einer das Füllmaterial 4 aufweisenden
zweiten Teilstruktur wiederholt. Ein zweimaliges Durchführen des Verfahrens
hat hierbei eine Vervierfachung der Dichte des Abstandsrasters,
ein dreimaliges Durchführen des
Verfahrens eine Verachtfachung der Dichte des Abstandsrasters u.s.w.
gegenüber
dem Abstandsraster der ursprünglichen
und in den 2a und 2b dargestellten
ersten Teilstruktur 11 zur Folge. Bei einem mehrmaligen
Durchführen
des Verfahrens ist es gegebenenfalls erforderlich, die Breiten der
Linien einer nach einem Zyklus hergestellten Struktur beispielsweise
mithilfe einer Überätzung jeweils
um die Hälfte
zu verkleinern.
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Zur
Herstellung einer aus zwei Teilstrukturen zusammengesetzten Struktur
sind weitere Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorstellbar.
In einer zweiten Ausführungsform
wird nach Herstellen einer aus im Wesentlichen gleich beabstandeten
Linien 12 bestehenden ersten Teilstruktur 11 auf
einer Substratoberfläche 10 und
Aufbringen einer Spacerschicht 2, welches in entsprechender
Weise gemäß den anhand
der 1a bis 3a und 1b bis 3b vorstehend
beschriebenen Verfahrensschritten durchgeführt werden kann, auf ein anisotropes Ätzen der
Spacerschicht 2 verzichtet. Wie 8 zeigt,
wird zunächst
ein Füllmaterial 4 großflächig auf
die Spacerschicht 2 unter Auffüllung der von der Spacerschicht 2 bereitgestellten
Aussparungen aufgebracht.
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Nachfolgend
wird das Füllmaterial 4 und
ein Teil der Spacerschicht 2 beispielsweise mithilfe eines Trockenätzprozesses
bzw. eines CMP-Verfahrens derart abgetragen, dass die Oberflächen der
Linien 12 wie in 9 dargestellt
freiliegen und das Füllmaterial 4 lediglich
innerhalb der von der Spacerschicht 2 bzw. Spacern 21 bereitgestellten
Aussparungen verbleibt. Die Spacer 21 werden dabei von
Stegen 22 verbunden, welche jeweils das untere Ende der
Aussparungen zwischen den Spacern 21 bilden. Auch hierbei
ist es bevorzugt, das Füllmaterial 4,
die Spacerschicht 2 und gegebenenfalls zusätzlich die Linien 12 in
einem oberen Bereich bis zu einer Tiefe der Aussparungen abzutragen,
in welcher Seitenwände
der Spacer 21 eine maximale Neigung in einem Bereich von –10° bis +10° zu einer
Vertikalen aufweisen.
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Nachfolgend
werden die Spacer 21 durch einen anisotropen Ätzprozess
entfernt, wodurch, wie in 10 dargestellt,
eine aus den freistehenden Linien 12 der ersten Teilstruktur 11 und
aus freistehenden Linien 42' einer
zweiten Teilstruktur 41' gebildete Struktur
auf der Substratoberfläche 10 entsteht,
wobei die Linien 42' der
Teilstruktur 41' wiederum selbstjustiert
im Wesentlichen in der Mitte zwischen den Linien 12 der
Teilstruktur 11 angeordnet sind. Im Unterschied zu der
in den 7a und 7b dargestellten
zweiten Teilstruktur 41 bestehen die Linien 42' der Teilstruktur 41' neben dem Füllmaterial 4 zusätzlich aus
den unterhalb des Füllmaterials 4 angeordneten
Stegen 22.
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Auch
diese zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
kann entsprechend der oben beschriebenen ersten Ausführungsform mehrfach
wiederholt werden, um die Dichte des Abstandsrasters der Linien
zu erhöhen.
Hinsichtlich der Substratoberfläche 10,
der Linien 12, der Spacerschicht 2 und des Füllmaterials 4 können ebenfalls die
oben genannten Materialien eingesetzt werden.
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Im
Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Verfahren wird in einer
dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
ein Photolack als Füllmaterial
eingesetzt. Bei dieser Ausführungsform
wird wiederum entsprechend der anhand der 1a bis 3a und 1b bis 3b erläuterten
Verfahrensschritte eine aus Linien 12 gebildete erste Teilstruktur 11 auf
einer Substratoberfläche 10 hergestellt
sowie eine die Linien 12 bedeckende Spacerschicht 2 großflächig auf
der Substratoberfläche 10 aufgebracht,
um Spacer 21 auszubilden. Anschließend wird, wie 11 zeigt,
eine Photolackschicht 5 großflächig auf der Substratoberfläche 10 bzw.
auf der Spacerschicht 2 aufgebracht. Dabei werden die zwischen
den Spacern 21 bereitgestellten und am unteren Ende von
Stegen 22 der Spacerschicht 2 begrenzten Aussparungen
aufgefüllt.
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Nachfolgend
wird der Photolack 5 außerhalb der Aussparungen entfernt.
Hierzu wird die Photolackschicht 5 zunächst großflächig belichtet, wobei der innerhalb
der Aussparungen befindliche Photolack 5 aufgrund von Absorption
und/oder Beugung der Belichtungsstrahlung ab einer gewissen Tiefe keine
Belichtung erfährt.
In einem darauffolgenden Entwicklungsvorgang wird der Photolack 5 folglich außerhalb
der Aussparungen und in einem oberen Bereich innerhalb der Aussparungen
entfernt, während
die Aussparungen wie in 12 dargestellt
in einem unteren Bereich weiterhin mit dem Photolack 5 aufgefüllt sind.
In diesem Bereich der Aussparungen weisen die Seitenwände der
Spacer 21 vorzugsweise eine maximale Neigung in einem Bereich
von –10° bis +10° zu einer
Vertikalen auf.
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Nachfolgend
wird, wie in 13 gezeigt, die Spacerschicht 2 durch
eine anisotrope Ätzung
derart entfernt, dass eine aus den freistehenden Linien 12 der
ersten Teilstruktur 11 und aus freistehenden Linien 52 einer
zweiten Teilstruktur 51 gebildete Struktur auf der Substratoberfläche 10 verbleibt.
Die Linien 52 der zweiten Teilstruktur 51, welche
jeweils im Wesentlichen in der Mitte zwischen den Linien 12 der ersten
Teilstruktur 11 angeordnet sind, bestehen hierbei aus den
zurückgebliebenen
Stegen 22 der Spacerschicht 2 und dem darauf angeordneten
Photolack 5.
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Optional
kann, wie in 14 dargestellt, der restliche
Photolack 5 der Linien 52 mittels eines nachfolgenden
Belichtungs- und Entwicklungsprozesses entfernt werden, so dass
lediglich aus den Stegen 22 bestehende Linien 52' eine zweite
Teilstruktur 51' bilden.
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Bei
dieser dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht entsprechend den oben beschriebenen Ausführungsformen die Möglichkeit
eines mehrfachen Wiederholens des Verfahrens zur Erhöhung der
Dichte des Abstandsrasters der Linien. Auch im Hinblick auf die
Substratoberfläche 10,
die Linien 12 und die Spacerschicht 2 lassen sich
die oben genannten Materialien einsetzen.
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Gegebenenfalls
ist es jedoch vorzuziehen, für
die Spacerschicht 2 ein lichtabsorbierendes Material wie
beispielsweise Silizium-Oxynitrid einzusetzen, um die angestrebte
Absorption von Belichtungsstrahlung innerhalb der Aussparungen bei
der großflächigen Belichtung
der Photolackschicht 5 zu begünstigen. Die Substratoberfläche 10 kann
hierbei eine oberste Schicht aus beispielsweise Siliziumdioxid aufweisen.
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Anstatt
bei den beschriebenen Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
die zur Herstellung der Linien 12 der ersten Teilstruktur 11 herangezogene
Schicht 1 aus Polysilizium oder Wolfram auszubilden, ist
es alternativ möglich,
für diese Schicht 1 Siliziumdioxid
oder Siliziumnitrid zu verwenden. Die Substratoberfläche 10 kann
hierbei ebenfalls eine Siliziumnitrid- oder Siliziumdioxidschicht
aufweisen. Insbesondere bei Einsatz eines Photolacks als Füllmaterial
können
für die
Spacerschicht 2 neben dem genannten Siliziumoxynitrid andere
lichtabsorbierende Materialien wie beispielsweise Silizium, Wolfram
oder Aluminium verwendet werden.
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Sofern
als Füllmaterial
eine Photolackschicht eingesetzt wird, kann die Photolackschicht
wahlweise auch strukturiert belichtet und entwickelt werden, um
die Photolackschicht außerhalb
der zwischen Spacern bereitgestellten Aussparungen zu entfernen.
Ein strukturiertes Belichten und Entwickeln einer als Füllmaterial
eingesetzten Photolackschicht kann des weiteren sehr vorteilhaft
zur Herstellung zusätzlicher
Strukturelemente auf einer Substratoberfläche eingesetzt werden, welche
beispielsweise die Strukturelemente der hergestellten Teilstrukturen
miteinander verbinden. Insbesondere kann eine strukturierte Photolackschicht
selbst als Ätzmaske
zum Herstellen weiterer Strukturelemente herangezogen werden.
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Hierzu
ist in den 15 bis 20 die
Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats 10 gemäß einer
vierten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Draufsicht dargestellt. Wie die 15 und 16 zeigen,
wird zunächst
im Rahmen eines gewöhnlichen
Lithographieprozesses eine erste Teilstruktur 61 auf der
Substratoberfläche 10 ausgebildet,
welche neben regelmäßig angeordneten
und im Wesentlichen gleich beabstandeten Linien 62 zusätzlich ein
an die Linien 62 angrenzendes großflächiges Strukturelement 63 aufweist.
Vorzugsweise ist der Mittenabstand zwischen benachbarten Linien 62 minimal.
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Zur
Herstellung der Teilstruktur 61 wird eine Schicht 6 aus
beispielsweise Polysilizium oder Wolfram auf die Substratoberfläche 10 aufgebracht
und mittels einer auf der Schicht 6 ausgebildeten strukturierten
Photolackschicht 7 in einem Ätz prozess strukturiert. Anschließend wird
die Photolackschicht 7 wieder entfernt.
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Nachfolgend
wird eine Spacerschicht großflächig auf
die Substratoberfläche 10 und
die erste Teilstruktur 61 abgeschieden. Die Spacerschicht
wird anschließend
einem isotropen Ätzprozess
unterzogen, um, wie aus 17 hervorgeht,
an die Seitenwände
der Linien 62 und des großflächigen Strukturelements 63 angrenzende
Spacer 8 auf der Substratoberfläche 10 auszubilden.
Zwischen den Spacern 8 werden die Substratoberfläche 10 freilegende
Aussparungen bereitgestellt.
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Danach
wird eine als Füllmaterial
dienende Photolackschicht 9 großflächig auf der Substratoberfläche 10 bzw.
auf dem Strukturelement 63, den Linien 62 und
den Spacern 8 aufgebracht. Diese Photolackschicht 9 wird
nachfolgend strukturiert belichtet und entwickelt und in einem darauf
folgenden Ätzprozess,
wie in 18 dargestellt, als Ätzmaske
zum Strukturieren des großflächigen Strukturelements 63 herangezogen.
Wie 19 zeigt, werden hierbei aus dem großflächigen Strukturelement 63 an
die Linien 62 angrenzende Strukturelemente in Form von
verbreiterten Flächen 64 erzeugt.
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Im
Zuge dieses Ätzprozesses
kann die strukturierte Photolackschicht 9 derart entfernt
werden, dass der Photolack, wie in 19 abgebildet,
lediglich innerhalb der zwischen den Spacern 8 bereitgestellten
Aussparungen verbleibt und dort Linien 92 bildet. Die Linien 92 sind
dabei jeweils im Wesentlichen in der Mitte zwischen benachbarten
Linien 62 angeordnet. Alternativ besteht die Möglichkeit,
zur Entfernung der Photolackschicht 9 nach der Strukturierung
des großflächigen Strukturelements 63 einen weiteren Ätzprozess
und gegebenenfalls zusätzlich einen
CMP-Prozess durchzuführen.
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Anschließend werden
die Spacer 8 mithilfe eines isotropen Ätzprozesses entfernt, so dass
auf der Substratoberfläche 10 wie
in 20 dargestellt eine Struktur entsteht, welche sich
aus der aus den frei stehenden Linien 62 und den verbreiterten
Flächen 64 bestehenden
ersten Teilstruktur 61 und einer aus den freistehenden
Linien 92 bestehenden zweiten Teilstruktur 91 zusammensetzt.
Diese Struktur kann wiederum als Ätzmaske zum Strukturieren der Substratoberfläche 10 bzw.
einer Schicht der Substratoberfläche 10 herangezogen
werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen einer als Ätzmaske
dienenden Struktur auf der Oberfläche eines Substrats stellen
besonders bevorzugte Ausführungsformen
dar. Darüber
hinaus sind alternative Ausführungsformen
vorstellbar, welche weitere Abwandlungen oder Kombinationen der beschriebenen
Verfahren darstellen.
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Beispielsweise
ist es möglich,
bei der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
anstelle einer isotropen Ätzung
der großflächig aufgebrachten
Spacerschicht die Spacerschicht beispielsweise mittels eines CMP-Prozesses
abzutragen, um die Oberflächen
der Strukturelemente der ersten Teilstruktur freizulegen. Hierbei
sind die Spacer folglich mit Stegen verbunden, welche das untere
Ende der zwischen den Spacern bereitgestellten Aussparungen bilden
und daher nach Durchführen
des Verfahrens Bestandteil der Linien der zweiten Teilstruktur sind.
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Ferner
besteht die Möglichkeit,
bei den beschriebenen Verfahren eine erste Teilstruktur mit Strukturelementen
herzustellen, welche eine von einer Linie abweichende Geometrie
aufweisen. Dies hat zur Folge, dass auch die Strukturelemente der zweiten
Teilstruktur eine von einer Linie abweichende Geometrie aufweisen.
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Des
weiteren lassen sich bei den beschriebenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Herstellen der ersten Teilstruktur Phasenmasken einsetzen, um
einen minimalen Abstand der Strukturelemente zu erzielen. Hierzu
ist auch der Einsatz von beispielsweise Tief-, UV-, Röntgen-,
Elektronen- oder Ionen-Lithographie möglich.
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- 1
- Schicht
- 10
- Substrat(-Oberfläche)
- 11
- erste
Teilstruktur
- 12
- Linie
- 2
- Spacerschicht
- 21
- Spacer
- 22
- Steg
- 3
- (strukturierte)
Photolackschicht
- 4
- Schicht/Füllmaterial
- 41,
41'
- zweite
Teilstruktur
- 42,
42'
- Linie
- 5
- Photolack(-Schicht)
- 51,
51'
- zweite
Teilstruktur
- 52,
52'
- Linie
- 6
- Schicht
- 61
- erste
Teilstruktur
- 62
- Linie
- 63
- Großflächiges Strukturelement
- 64
- Verbreiterte
Fläche
- 7
- (strukturierte)
Photolackschicht
- 8
- Spacer
- 9
- (strukturierte)
Photolackschicht
- 91
- zweite
Teilstruktur
- 92
- Linie