DE102004034572A1

DE102004034572A1 - Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats

Info

Publication number: DE102004034572A1
Application number: DE102004034572A
Authority: DE
Inventors: Christoph NÖLSCHER; Dietmar Temmler; Peter Moll
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2004-07-17
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-18
Also published as: US7368385B2; DE102004034572B4; US8003538B2; US20080206681A1; US20060024621A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer als Ätzmaske dienenden Struktur auf der Oberfläche eines Substrats 10. Hierbei wird in einem ersten Verfahrensschritt eine erste Teilstruktur 11; 61 auf der Oberfläche des Subtrats 10 ausgebildet, welche regelmäßig angeordnete und im Wesentlichen gleich beabstandete Strukturelemente 12; 62 aufweist. In einem zweiten Verfahrensschritt werden Spacer 8; 21 auf der Oberfläche des Substrats 10 ausgebildet, welche an Seitenwänden der Strukturelemente 12; 62 der ersten Teilstruktur 11; 61 angrenzen, wobei zwischen den Spacern 8; 21 Aussparungen bereitgestellt werden. In einem dritten Verfahrensschritt wird Füllmaterial 4; 5; 9 in die Aussparungen zwischen den Spacern 8; 21 eingebracht, wobei eine Oberfläche der Spacer 8; 21 freigelegt ist. In einem vierten Verfahrensschritt werden die Spacer 8; 21 entfernt, um eine das Füllmaterial 4; 5; 9 aufweisende zweite Teilstruktur 41; 41'; 51; 51'; 91 mit regelmäßig angeordneten und im Wesentlichen gleich beabstandeten Strukturelementen 42; 42'; 52; 52'; 92 zu bilden. Die herzustellende Struktur setzt sich aus der ersten Teilstruktur 11; 61 und der zweiten Teilstruktur 41; 41'; 51; 51'; 91 zusammen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer als Ätzmaske dienenden Struktur auf der Oberfläche eines Substrats.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1a bis 7a die Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in der Draufsicht;

1b bis 7b den 1a bis 7a entsprechende seitliche Schnittdarstellungen der Herstellung der Struktur;

8 bis 10 die Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seitlichen Schnittdarstellung;

11 bis 14 die Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer seitlichen Schnittdarstellung; und

15 bis 20 die Herstellung einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats gemäß einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in der Draufsicht.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

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

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf der Oberfläche eines Substrats (10), umfassend die Verfahrensschritte: a) Ausbilden einer ersten Teilstruktur (11; 61) auf der Oberfläche des Substrats (10), welche regelmäßig angeordnete und im Wesentlichen gleich beabstandete Strukturelemente (12; 62) aufweist; b) Ausbilden von Spacern (8; 21) auf der Oberfläche des Substrats (10), welche an Seitenwände der Strukturelemente (12; 62) der ersten Teilstruktur (11; 61) angrenzen, wobei zwischen den Spacern (8; 21) Aussparungen bereitgestellt werden; c) Einbringen von Füllmaterial (4; 5; 9) in die Aussparungen zwischen den Spacern (8; 21), wobei eine Oberfläche der Spacer (8; 21) freigelegt ist; und d) Entfernen der Spacer (8; 21), um eine das Füllmaterial (4; 5; 9) aufweisende zweite Teilstruktur (41; 41'; 51; 51'; 91) mit regelmäßig angeordneten und im Wesentlichen gleich beabstandeten Strukturelementen (42; 42'; 52; 52'; 92) zu bilden, wobei sich die herzustellende Struktur aus der ersten Teilstruktur (11; 61) und der zweiten Teilstruktur (41; 41'; 51; 51'; 91) zusammensetzt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Verfahrensschritt b) eine Spacerschicht (2) großflächig auf der Oberfläche des Substrats (10) aufgebracht wird, welche die Strukturelemente (12; 62) der ersten Teilstruktur (11; 61) bedeckt, um die Spacer (8; 21) auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die im Verfahrensschritt b) aufgebrachte Spacerschicht (2) auf der Oberfläche des Substrats (10) die Spacer (21) verbindende und das untere Ende der Aussparungen bildende Stege (22) aufweist, und wobei nach Entfernen der Sparer (21) im Verfahrensschritt d) in einem weiteren Verfahrensschritt das Füllmaterial (5) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei ein Teil der Spacerschicht (2) nach dem Aufbringen derart abgetragen oder entfernt wird, dass Oberflächen der Strukturelemente (12) der ersten Teilstruktur (11) frei liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei im Verfahrensschritt c) das Füllmaterial (4; 5; 9) großflächig aufgebracht und nachfolgend das Füllmaterial (4; 5; 9) derart entfernt oder abgetragen wird, dass das Füllmaterial (4; 5; 9) lediglich innerhalb der zwischen den Spacern (8; 21) bereitgestellten Aussparungen verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Füllmaterial (4; 5; 9) bis zu einer Tiefe der Aussparungen entfernt oder abgetragen wird, in welcher Seitenwände der Spacer (8; 21) eine maximale Neigung in einem Bereich von –10° bis +10° zu einer Vertikalen aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Füllmaterial ein Photolack (5; 9) ist, welcher als Photolackschicht großflächig auf der Oberfläche des Substrats (10) aufgebracht und zum Entfernen belichtet und entwickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Photolackschicht (5; 9) strukturiert belichtet und entwickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste Teilstruktur (61) auf der Oberfläche des Substrats (10) angrenzend an die regelmäßig angeordneten Strukturelemente (62) zusätzlich ein großflächiges Strukturelement (63) aufweist, und wobei die strukturierte Photolackschicht (9) als Ätzmaske zum Strukturieren des großflächigen Strukturelements (63) der ersten Teilstruktur (61) vor Entfernen der Spacer (8) herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verfahrensschritte b) bis d) nach Herstellen der Struktur auf der Oberfläche des Substrats (10) wiederholt werden, wobei die hergestellte Struktur als erste Teilstruktur fungiert.