DE19708766C2

DE19708766C2 - Lithographiemaske und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE19708766C2
Application number: DE19708766A
Authority: DE
Inventors: Yong-Kyoo Choi
Original assignee: LG Semicon Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1999-12-02
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: JPH1078651A; DE19708766A1; US5770336A; KR100192549B1; KR980011717A; JP2868491B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lithographiemaske, insbesondere eine zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignete Elektronenstrahlmaske, sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.

Im allgemeinen wird in einem Maskierungsprozeß die oberste Schicht eines Wafers selektiv entfernt oder ein Muster gebildet. Eine Maskierungsarbeit ist eine Übertragung eines Musters von einer Maske auf eine Oberfläche eines Wafers. Daher ist der Entwurf und die Herstellung der Maske ein wichtiges Gebiet in der Halbleiterherstellung. Im allgemeinen wird die Maske mit einer Retikeltechnik oder mit einer Elektronenstrahltechnik hergestellt. Mit der Retikeltechnik werden Masken mit Musterstrukturen bis herab zu 2 bis 3 µm gebildet. Zunächst wird ein Retikel für einen Chip unter Benutzung eines Mustererzeugungsbandes hergestellt, auf dem Daten einer Designzeichnung aufgezeichnet sind. Das Retikel ist eine Basismuttermaske, die 10mal so groß hergestellt ist wie ein regulärer Chip. Durch Übertragen der auf das Retikel kopierten Daten der Designzeichnung auf die Maske wird eine Muttermaske geschaffen. Für die Herstellung vieler Chips auf einem Wafer werden also eine Vielzahl von Retikels für entsprechende Chipmuster auf einem Masken blatt gebildet. Die Retikeltechnik hat jedoch die Nachteile, daß diese Technik viel Zeit zur Herstellung der Maske erfordert und das der Herstellungsprozeß kompliziert ist.

Dementsprechend ersetzt gegenwärtig die Elektronenstrahltechnik die Reti keltechnik. Die Elektronenstrahltechnik wird zur Herstellung von Photomas ken verwendet, deren Mustergröße bis in den Submikrometerbereich fällt, und ist bequem, da mit dieser Technik die Maske direkt hergestellt werden kann, ohne das ein Retikel erforderlich ist. Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung. Entsprechend Fig. 1 umfaßt eine Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung vom Zellenprojektionstyp eine Elek tronenkanone 1, zwei Masken 2a und 2b und eine Ablenkeinheit 3. Die erste Maske 2a erhöht die Kohärenz eines von der Elektronenkanone 1 ausgesende ten Elektronenstrahls. Die zweite Maske 2b, die eine Muttermaske ist, weist viele Muster zum Ausbilden mikroskopischer Muster auf einem Wafer 4 auf. Die zweite Maske 2b weist ein Siliziumsubstrat auf, das zum Durchlassen von Elektronenstrahlen durch die Muster geätzt ist. Die Muster auf der zweiten Maske sind im allgemeinen mehr als 20mal größer als das tatsächliche Muster auf dem Wafer. Die Größe der größeren Muster auf der zweiten Maske 2b wird daher vor dem Projizieren auf den Wafer durch eine elektromagnetische Linse reduziert. Die Muttermaske, also die zweite Maske 2b, hat die Nachtei le, daß ihre Herstellung kompliziert und ihre Kosten hoch sind.

Ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung der Muttermaske wird mit Be zug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Die Fig. 2a bis 2f stellen Querschnitte dar, die Herstellungsschritte eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung einer Maske zeigen.

Entsprechend Fig. 2a ist ein SOI (Silicon on insulator; Silizium auf Isolator) Wafer vorgesehen, der einen ersten auf einem Siliziumsubstrat 10 gebildeten Oxidfilm 11 und einen auf dem ersten Oxidfilm 11 gebildeten Siliziumfilm 12 aufweist. Wie in Fig. 2b gezeigt, wird ein zweiter Oxidfilm 13 auf dem Sili ziumfilm 12 gebildet und gemustert. Wie in Fig. 2c gezeigt, wird der Silizi umfilm 12 unter Benutzung des gemusterten zweiten Oxidfilms 13 als Maske selektiv entfernt, um den ersten Oxidfilm 11 freizulegen. Wie in Fig. 2d ge zeigt, wird der gemusterte zweite Oxidfilm 13 entfernt, und ein Nitridfilm 14 wird auf der gesamten Oberfläche des Siliziumsubstrats 10 und des Silizi umsfilms 12 gebildet. Der Nitridfilm 14 auf der Rückseite des Siliziums substrats wird so gemustert, daß der gemusterte rückseitige Nitridfilm 14 mit dem selektiv entfernten Siliziumfilm auf der Vorderseite des Silizium substrats 10 exakt ausgerichtet ist. Wie in Fig. 2e gezeigt, wird das Silizium substrat 10 unter Benutzung des gemusterten Nitridfilms 14 als Maske selek tiv entfernt, um den ersten Oxidfilm 11 freizulegen. Dann wird, wie in Fig. 2f gezeigt, der verbliebene Nitridfilm 14 entfernt, und der erste Oxidfilm 11 wird unter Benutzung des Siliziumsfilms 12 als Maske selektiv entfernt, um den ersten Oxidfilm 11 vollständig zu durchdringen.

Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer Maske hat jedoch die fol genden Probleme. Zunächst ist die Maskenherstellung auf der Basis SOI Wa fern teuer. Außerdem erhöht der Musterungsprozeß zum Ätzen des rück seitigen Siliziums die Verfahrenskosten. Schließlich verkürzt die Ladung von Elektronen im Halbleiter, also im Silizium, die sich in Folge der gerin gen Siliziumleitfähigkeit ansammeln, die Lebensdauer der Maske.

Aus der JP 07-099 150 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Transmis sionsmaske für Elektronenstrahlbelichtung bekannt, bei dem in einem Substrat 2 zunächst Löcher 3 für ein Belichtungsmuster von der Vorder seite des Substrats her bis zu einer gewissen Tiefe geätzt werden. Anschlie ßend wird das Substrat auf der Vorder- und Rückseite mit einem dünnen Film beschichtet, der als Ätzmaske dient, und der auf der Rückseite ent sprechend den Löchern der Vorderseite gemustert wird. Danach wird das Substrat von der Rückseite her geätzt, so daß nach dem Entfernen des Ätz schutzfilms Durchgangslöcher geschaffen sind.

In dem Artikel "Resolution Analysis in Electron-Beam Cell Projection Li thography System" von H. Yamashita et al. (US-Z-J. Vac. Sci. Techn. B 13(6), Nov./Dec. 1995, S. 2473-2477) ist ein Elektronenstrahlprojek tionssystem bekannt, daß mit Transmissionsmasken arbeitet, um bei der Halbleiterherstellung Schaltungsstrukturen und dergleichen auf litho graphischem Wege herstellen zu können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maske bereitzustellen, die einfach und mit geringen Kosten hergestellt werden kann und bei der die Aufladung mit Elektronen reduziert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Maske nach Anspruch 14 und das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung nä her erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Elektronen strahlbelichtungsvorrichtung,

Fig. 2a bis 2f Querschnitte zur Veranschaulichung von Herstellungs schritten eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für eine Maske,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Lithographiemaske nach einem bevor zugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4a bis 4e Querschnitte zur Veranschaulichung der Verfahrens schritte zur Herstellung einer Lithographiemaske entsprechend einem be vorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine elektrochemische Ätzeinrichtung,

Fig. 6a eine Draufsicht auf eine Maske mit einer Vielzahl von mikro skopischen Mustern,

Fig. 6b einen Schnitt, im wesentlichen nach Linie A-A' in Fig. 6a und

Fig. 6c eine vergrößerte Ansicht des mikroskopischen Musters von Fig. 6a.

Entsprechend Fig. 3 umfaßt die Lithographiemaske nach der vorliegenden Erfindung ein Siliziumsubstrat 20 mit einer Vielzahl von Gräben (Trenches), die mit Abstand voneinander in vorbestimmten Abständen auf einer Rückseite des Substrats gebildet sind, eine Vielzahl von auf dem Substrat 20 gebildeten Oxidfilmmustern 21 als Isolations- und Maskenfilmmuster, eine Vielzahl von auf dem Substrat 20 gebildeten dotierten Bereichen 22 mit einer Vielzahl von jedem der Gräben gegenüberliegenden, durchgehenden Löchern und eine leit fähige Schicht 23, die auf der gesamten Oberfläche der Oxidmuster 21 und der dotierten Bereiche 22 gebildet ist. Das Siliziumsubstrat 20 ist entweder n- oder p-leitend. Jeder der dotierten Bereiche 22, der in der Oberfläche des Substrats 20 gebildet ist, ist bis zu einer Tiefe von 10 µm bis 30 µm mit einem Dotierstoff ausgewählt aus Bor (B), Phosphor (P) und Arsen (As) dotiert. Der Dotierstoff, der in diesem Fall benutzt wird, ist vom gleichen Leitfähig keitstyp wie das Substrat 20. Die leitfähige Schicht 23 ist entweder aus einem hochschmelzenden Metall wie Wolfram (W), Aluminium (Al) oder Platin (Pt) oder aus Diamant gebildet.

Zur Herstellung der beschriebenen Lithographiemaske wird, wie in Fig. 4a gezeigt, ein Oxidfilm 21 auf einem Siliziumsubstrat 20 ausgebildet. Das Si liziumsubstrat 20 ist in diesem Fall entweder n- oder p-leitend. Wie in Fig. 4b gezeigt, wird, um Dünnfilmbereiche zu bilden, in jedem von denen ein mi kroskopisches Muster zu bilden ist, der Oxidfilm 21 einem Fenster-Mustern ausgesetzt, um eine Vielzahl von Oxidfilmmustern zu bilden, die in vorbe stimmten Abständen auf dem Substrat voneinander beabstandet sind. Das Mustern des Oxidfilms 21 wird unter Benutzung von Trockenätzen ausge führt. Ein Dotierstoff vom selben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat 20 wird unter Benutzung des Oxidfilmmuster als Ionenimplantationsmaske in die Oberfläche des Substrats 20 bis zu einer hohen Konzentration implantiert, um dotierte Bereiche 22 in der Oberfläche des Substrats 20 zu bilden. Jeder der dotierten Bereiche 22, der in der Oberfläche des Substrats 20 gebildet ist, ist bis zu einer Tiefe von 10 µm bis 30 µm mit einem Dotierstoff ausgewählt aus Bor, Phosphor und Arsen dotiert. Wie in Fig. 4c gezeigt, wird eine leitende Schicht 23 auf der gesamten Oberfläche des Oxidfilms 21 und der dotierten Bereiche 22 auf dem Substrat 20 gebildet. Die leitfähige Schicht 23 ist ent weder aus einem hochschmelzenden Metall oder aus Diamant gebildet. Das hochschmelzende Metall, das in diesem Fall benutzt wird, ist ausgewählt aus Wolfram (W), Aluminium (Al) und Platin (Pt). Die leitfähige Schicht 23, die auf den dotierten Bereichen 22 auf dem Substrat 20 gebildet ist, wird dann gemustert, um eine Vielzahl von mikroskopischer Löcher über den dotierten Bereichen 22 zu bilden. Die Größe jedes der in der leitfähigen Schicht 23 gebildeten Muster ist mehr als 20mal größer als die Größe von jedem der Muster, die tatsächlich auf einem Wafer zu bilden sind. Wie in Fig. 4d ge zeigt, wird das Substrat 20 selektiv von der Rückseite des Substrats her ge ätzt, um die dotierten Bereiche 22 freizulegen, so daß jeder der freigelegten dotierten Bereiche 22 mit jedem der auf den dotierten Bereichen 22 gebilde ten mikroskopischen Muster exakt ausgerichtet ist. Das Ätzen, das hierbei zum Ätzen der Rückseite des Substrats 20 bis zum Freilegen der dotierten Bereiche 22 benutzt wird, ist elektrochemisches Ätzen. Wie in Fig. 4e ge zeigt, werden die dotierten Bereiche 22 unter Benutzung der verbliebenen leitfähigen Schicht 23 als Maske einem anisotropen Ätzen durch die Löcher in der leitfähigen Schicht 23 ausgesetzt, um eine Vielzahl von Löchern in den dotierten Bereichen 22 zu bilden. Das hierbei für das Ätzen der dotierten Be reiche 22 benutzte Ätzen ist Trockenätzen.

Wie Fig. 5 zeigt, umfaßt die elektrochemische Ätzeinrichtung eine Kupfer platte 24, einen O-Ring 25, Teflon 26, eine Lösung 27, eine Platinanode 28 und eine Gleichstrom- oder Gleichspannungsquelle 29.

Zur Durchführung des elektrochemischen Ätzverfahrens wird ein zu ätzendes Substrat 20 auf die Kupferplatte 24 gelegt. Der Boden des Substrats 20 wird mit der Lösung 27 in Kontakt gebracht, und die leitfähige Schicht 23 auf dem Substrat wird mit der Kupferplatte in Kontakt gebracht. Die Lösung 23, die hierbei benutzt wird, ist ausgewählt aus HF/HNO₃/H₂O und HF/H₂O₂. Eine Elektrode der Spannungsquelle 29 ist mit der Kupferplatte 24 verbunden, die in Kontakt mit der leitfähigen Schicht 23 auf dem Substrat 20 ist, und die an dere Elektrode ist mit der Platinanode 28 verbunden, die in Kontakt mit der Lösung 23 ist. Auf das Anlegen eines Gleichstroms an die Elektroden hin wird die Unterseite des Substrats 20 geätzt, wobei die Ätzrate durch den Strom gesteuert wird. D. h., beim elektrochemischen Ätzen konzentriert und verstärkt sich ein Strom an den dotierten Bereichen 22, dessen Änderung ge messen wird bis ein scharfer Anstieg des Stromes auftritt, wenn das Ätzen aufhören.

Entsprechend Fig. 6a bis 6c werden mikroskopische Muster in einem Dünn filmbereich der somit vervollständigten Maske gebildet. Die mikroskopischen Muster werden mittels Elektronenstrahlen auf die Oberfläche eines Wafers übertragen oder kopiert.

Die lithographische Maske und das Verfahren zur Herstellung derselben ent sprechend der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Vorteile. Die Maskenherstellung ohne Benutzung eines SOI Wafer gestattet es, die Produk tionskosten zu senken. Daneben wird durch das Rückseitenätzen des Silizi umsubstrats ohne Photolithographie das Verfahren vereinfacht. Außerdem wird durch die Anwesenheit von leitfähigem Material auf dem Silizium substrat der Elektronenladeeffekt verringert.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Lithographiemaske mit folgenden Schritten:

a) Ausbilden einer Vielzahl von Isolations- und Maskenfilmmustern (21) auf einem Halbleitersubstrat (20);
b) Ausbilden einer Vielzahl von dotierten Bereichen (22) in der Oberflä che des Substrats (20) unter Verwendung der Isolations- und Ma skenfilmmuster (21) als Masken;
c) Ausbilden einer leitfähigen Schicht (23) auf der gesamten resultie renden Oberfläche;
d) Mustern der leitfähigen Schicht (23) zum Ausbilden einer Vielzahl von ersten mikroskopischen Löchern im Bereich der dotierten Be reiche (22);
e) selektives elektrochemisches Ätzen des Substrats (20) von der Rückseite her zum Freilegen der dotierten Bereiche; und
f) selektives Ätzen der dotierten Bereiche (22) unter Verwendung der gemusterten leitfähigen Schicht (23) als Maske zum Ausbilden einer Vielzahl von zweiten mikroskopischen Löchern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Silizium besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat n-leitend oder p-leitend ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolations- und Maskenfilm ein Oxidfilm (21) ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Trockenätzverfahren zum Mustern des Isolations- und Maskenfilms (21) benutzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Dotierstoff zum Bilden der dotierten Bereiche (22) benutzt wird, der vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie das Substrat (20).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierstoff Bor, Phosphor oder Arsen ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Tiefe der dotierten Bereiche (22) 10 µm bis 30 µm ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (23) aus einem hochschmelzen den Metall oder aus Diamant gebildet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hochschmelzende Metall Wolfram, Aluminium oder Platin ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das elektrochemische Ätzverfahren die folgenden Schritte umfaßt:

1. Inkontaktbringen der verbliebenen leitenden Schicht (23) mit einer Platte und Einbringen des Bodens des Substrats (20) in eine Lösung (27);
2. Verbinden einer von zwei Elektroden einer Spannungsquelle (29) mit der verbliebenen leitfähigen Schicht (23) und Verbinden der an deren Elektrode mit der Lösung (27); und
3. Anlegen eines Stroms durch die Elektroden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ausgewählt ist aus HF/HNO₃/H₂O und HF/H₂O₂.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das selektive Ätzen der dotierten Bereiche (22) unter Benutzung anisotropen Ätzens ausgeführt wird.

14. Lithographiemaske mit:

a) einem Halbleitersubstrat (20), in dessen Oberfläche eine Vielzahl von dotierten Bereichen (22) entsprechend einem vorbestimmten Muster gebildet ist;
b) einem entsprechend dem vorbestimmten Muster gemusterten Isola tions- und Maskenfilm (21) auf dem Halbleitersubstrat (20) außer halb der dotierten Bereiche (22);
c) einer leitfähigen Schicht (23) auf dem Isolations- und Maskenfilm (21) und den dotierten Bereichen (22);
d) einer Vielzahl von Gräben auf der Rückseite des Halbleitersubstrats (20), die die Rückseite der dotierten Bereiche freilegen; und
e) einer Vielzahl von Löchern, von denen jedes einen der dotierten Be reiche (22) und die leitfähige Schicht (23) durchdringt.

15. Lithographiemaske nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (20) n-leitend oder p-leitend ist.

16. Lithographiemaske nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn zeichnet, daß der Isolations- und Maskenfilm ein Oxidfilm (21) ist.

17. Lithographiemaske nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch ge kennzeichnet, daß jeder der dotierten Bereiche (22) vom selben Leitfähig keitstyp ist wie das Substrat (20).

18. Lithographiemaske nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe jedes der dotierten Bereiche 10 µm bis 30 µm ist.