DE19945170B4

DE19945170B4 - Verfahren zur Herstellung einer Schablonenmaske

Info

Publication number: DE19945170B4
Application number: DE19945170A
Authority: DE
Inventors: Cheol Kyun Kim
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: US6210842B1; KR100310541B1; JP3717348B2; TW403859B; JP2000098593A; KR20000020471A; DE19945170A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Schablonenmaske mit den folgenden Schritten:
a) Vorbereiten eines Maskensubstrats (100) und Bilden eines ersten Siliziumoxidfilms (102) auf der Rückseite des Maskensubstrats (100);
b) Bilden eines Siliziumnitridfilms (104) auf dem ersten Siliziumoxidfilm (102);
c) Strukturieren des Siliziumnitridfilms (104) zum Bilden eines ersten Siliziumnitridmusters (104a);
d) Bilden eines zweiten Siliziumoxidfilms (108) über dem Siliziumnitridmuster (104a) und dem ersten Siliziumoxidfilm (102);
e) Bilden eines Fotolackfilmmusters (110) auf der Rückseite des Maskensubstrats (100), wobei das erste Siliziumnitridfilmmuster (104a) größer ist als ein Gebiet, welches durch das Fotolackfilmmuster (110) freigelegt wird;
f) Strukturieren des zweiten Siliziumoxidfilms (108) unter Verwendung des Fotolackfilmmusters (110) als Maske zur Bildung eines ersten Siliziumoxidmusters (108a);
g) Strukturieren des ersten Siliziumnitridmusters (104a) unter Verwendung des ersten Siliziumoxidmusters (108a) als Maske zur Bildung eines zweiten Siliziumnitridmusters (104b);
h) Strukturieren des ersten Siliziumoxidfilms (102) unter Verwendung des zweiten Siliziumnitridmusters (104b) und...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schablonenmaske sowie eine Schablonenmaske und die Verwendung einer Schablonenmaske.
Die US 5,520,297 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Schablonenmaskierung mit Vorbereiten eines Maskensubstrats, Bilden eines Siliziumnitridfilms auf der gesamten unteren Oberfläche des Maskensubstrats, Strukturieren des Siliziumnitridfilms und Strukturieren des Maskensubstrats. Dabei ist das Siliziumnitridmuster auf der gesamten Oberfläche des maskierten Gebietes des Substrats vorhanden.
Aus der US 4,256,532 A ist ein Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen bekannt, bei dem eine Siliziumnitridschicht und eine Siliziumdioxidschicht aufgebracht werden und eine Maske hergestellt wird, wobei die Maske durch Bildung einer Siliziumschicht erzeugt wird und anschließend ein Ätzprozess durchgeführt wird.
In der nachveröffentlichten EP 0 866 372 A1 ist eine Maske zur Strukturierung von Oberflächenbereichen beschrieben, die eine Schicht mit das Maskenmuster definierenden Fenstern aufweist, die als Siliziumnitridschickt ausgebildet ist.
Im Allgemeinen ist ein Wafer mit Silizium auf einem Isolator (SOI: Silicon-on-insulator) bei einer Maske vom Zellen-Projektionstyp nützlich. Die SOI-Vorrichtung wird derart gebildet, dass auf einem Halbleitersubstrat ein Siliziumoxidfilm gebildet wird, welcher als ein Isolationsfilm dient auf dem anschließend eine Siliziumschicht gebildet wird.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 ein diesbezügliches Verfahren zur Herstellung einer Schablonenmaske nach dem Stand der Technik beschrieben.
Die 1 bis 7 zeigen Querschnittsansichten zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Maske des Zellen-Projektionstyps nach dem Stand der Technik. Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung der Maske bzw. Maskierung vom Zellen-Projektionstyp wird ein Prozess zur Bildung eines SOI-Substrates eingesetzt. Das SOI-Substrat, wie es in 1 dargestellt ist, besteht aus einem Halbleiter 10, auf dem ein vergrabener Oxidfilm 12 und eine Siliziumschicht 14 nacheinander gebildet werden.
Daraufhin wird, wie in 2 gezeigt ist, ein erstes Fotolack-Filmmuster 16 mit einer vorbestimmten Dicke an der oberen Fläche des SOI-Subtrates gebildet.
Unter Verwendung des ersten Fotolack-Filmmusters 16 als Maskierung wird als nächstes die Siliziumschicht 14 strukturiert, wie in 3 gezeigt ist. Anschließend wird dann der erste Fotolackfilm 16 (2) entfernt.
Danach wird ein erster Siliziumoxidfilm 18 auf einer unteren Fläche des Halbleitersubstrats 10 gebildet und dann ein Siliziumnitridfilm 20 und ein zweiter Siliziumoxidfilm 22 nacheinander an oberen und unteren Oberflächen einer Gesamtstruktur, wie sie in 4 gezeigt ist, gebildet. Zu diesem Zeitpunkt werden der erste Siliziumoxidfilm 18, der Siliziumnitridfilm 20 und der zweite Siliziumoxidfilm 22 über die gesamte Oberfläche eines Wafers zur Bildung eines Maskensubstrats geformt.
Anschließend wird für jede Form bzw. für jeden Chip ein gewünschtes Fotolack-Muster 24 auf dem zweiten Siliziumoxidfilm 22 ausgebildet, der an der unteren Oberfläche des Substrats 10 gebildet ist, wie in 5 dargestellt ist. Unter Verwendung des gebildeten Fotolack-Musters als Maskierung wird danach der zweite Siliziumoxidfilm 22 derart strukturiert, dass er ein zweites Siliziumoxidfilmmuster 22a bildet, wie es in 6 dargestellt ist.
Unter Verwendung des zweiten Siliziumoxidmusters 22a als Maskierung wird daraufhin der Siliziumnitridfilm 20 derart strukturiert, dass er ein Siliziumnitridfilmmuster 20a bildet.
Nachfolgend wird unter Verwendung des Siliziumnitridfilmmusters 20a als Maskierung der erste Siliziumoxidfilm 18 derart strukturiert, dass er ein erstes Siliziumoxidfilmmuster 18a bildet, wie es in 7 gezeigt ist.
Auf diesen Vorgang folgend wird die untere Oberfläche des Substrats 10 unter Verwendung des ersten Siliziumoxidfilms 18a schräg geätzt bis der vergrabene Oxidfilm 12 frei liegt. Auf diese Weise wird eine Schablonenmaskierung hergestellt.
Bei dem oben beschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung einer Schablonenmaskierung wird der Siliziumnitridfilm 20, der als Ätzmaskierung auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 zu verwenden ist, über die gesamte Oberfläche des Wafers ausgebildet. Wie jedoch allgemein bekannt ist, ist der Siliziumnitridfilm 20 seiner Natur nach gegenüber mechanischer Belastung in Abhängigkeit von seiner Dicke und der Größe seiner Oberfläche empfindlich. Es können insbesondere Risse in dem Siliziumnitridfilm in der Richtung der angelegten mechanischen Belastung erzeugt werden. Dies kann zur Erzeugung bzw. Hervorrufen von Fehlern über die Gesamtoberfläche des Wafers führen, wenn das Siliziumsubstrat 10 an seiner unteren Fläche geätzt wird.
Wie in 7 gezeigt, wird, wenn der Siliziumnitridfilm 20 zwischen dem ersten Siliziumoxidfilm 18 und dem zweiten Siliziumoxidfilm 22 angeordnet, dieser durch den darunter liegenden zweiten Siliziumoxidfilm 22 mechanisch beansprucht bzw. belastet und darüber hinaus aufgrund des Unterschiedes bei dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei jedem Vorgang belastet, so dass Risse in dem Siliziumnitridfilm 20 hervorgerufen werden. Diese Risse werden mit einer Nass-Ätzlösung in einem nachfolgenden Ätzprozess infiltriert bzw. gefüllt, wodurch fehlerhafte Stellen bzw. Defekte über die gesamte Oberfläche des Wafers verursacht werden.
8 zeigt eine Abtast-Elektronenmikroskop-Darstellung im Querschnitt, wobei eine untere Oberflächenstruktur des Halbleitersubstrats 10 nach dem Siliziumnitridfilmmuster 20a auf der unteren Oberfläche des Halbleitersubstrats 10 ausgebildet ist und der erste Siliziumoxidfilm 18 unter Verwendung des Siliziumnitridfilmmusters 20a als Maskierung geätzt worden ist. Wie man aus 8 erkennen kann, weist der strukturierte bzw. gemusterte Siliziumnitridfilm ausgebildete Risse auf.
Wie zuvor beschrieben, kann der Nachteil des Verfahrens zur Herstellung einer Schablonenmaskierung nach dem Stand der Technik wie folgt zusammengefasst werden. Wenn der Siliziumnitridfilm zwischen dem ersten Siliziumoxidfilm und dem zweiten Siliziumoxidfilm angeordnet ist, wird der Siliziumnitridfilm durch den darunterliegenden zweiten Siliziumoxidfilm und darüber hinaus aufgrund des Unterschiedes bei dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bei jedem Prozess mechanisch belastet, so dass Risse in dem Siliziumnitridfilm hervorgerufen werden. Diese Risse sind deshalb problematisch, da sie durch eine Nass-Ätzlösung in einem nachfolgenden Ätzprozess infiltriert werden bzw. eine Nass-Ätzlösung in sie eindringen kann, wodurch Effekte über die gesamte Oberfläche des Wafers verursacht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Schablonenmaske zu schaffen, das in der Lage ist, die Erzeugung einer mechanischen Belastung bzw. Spannung in dem Siliziumnitridfilm zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weiterhin schafft vorliegende Erfindung eine Schablonenmaske und betrifft die Verwendung einer Schablonenmaske.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
Die 1 bis 7 Querschnittsansichten zur Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung einer Maskierung vom Zellen-Projektionstyp nach dem Stand der Technik;
8 eine Abbildung eines Abtast-Elektronenmikroskops im Querschnitt, wobei eine untere Oberflächenstruktur eines Halbleitersubstrats gemäß dem Stand der Technik dargestellt wird, nachdem ein Siliziumnitridfilmmuster auf einer unteren Oberfläche eines Halbleitersubstrats gebildet ist und ein erster Siliziumoxidfilm anschließend unter Verwendung des Siliziumnitridfilms geätzt worden ist;
9 eine Draufsicht zur Darstellung der aufgeteilten Bereiche des Siliziumnitridfilms, der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird; und
10 bis 15 Querschnittsansichten zur Darstellung eines Verfahrens zur Bildung einer unteren Oberflächenstruktur einer Schablonenmaskierung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im weiteren wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Schablonenmaske beschrieben, das die Bildung eines Siliziumnitridfilms über die gesamte Oberfläche eines Maskierungssubstrats umfasst, wobei der Schritt der Strukturierung des Siliziumnitridfilms derart durchgeführt wird, dass der Siliziumnitridfilm in mindestens zwei Unterabschnitte aufgeteilt wird und das Verfahren die Bildung der gewünschten Muster auf den aufgeteilten Abschnitten des Siliziumnitridfilms umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden auf dem Siliziumnitridfilm, der auf dem Maskensubstrat gebildet ist, Muster gebildet mit einer Struktur, die gegenüber mechanischer Belastung bzw. mechanischer Spannung sehr widerstandsfähig ist, damit die mechanische Spannung, die an dem Siliziumnitridfilm angelegt wird, zerstreut bzw. abgeleitet wird.
Gemäß der Erfindung wird der Siliziumnitridfilm über die Gesamtoberfläche auf einem Wafer ausgebildet, der als Maskensubstrat verwendet wird. Danach wird der Siliziumnitridfilm in vorgegebene Unterabschnitte bzw. Sub-Abschnitte aufgeteilt, um primäre Muster des Siliziumnitridfilms vor dessen Ätzen zu bilden. Nachfolgend werden gewünschte sekundäre Muster in dem Siliziumnitridfilm ausgebildet und der darunterliegende Siliziumoxidfilm wird anschließend unter Verwendung der sekundären Muster als Maskierung geätzt.
Die Schablonenmaske, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, kann in einem lithographischen Prozess eingesetzt werden, der die Verwendung von Belichtungseinrichtungen umfasst, die Ionenstrahlen, Röntgenstrahlen verwenden oder innerhalb eines SCALPEL-Lithographie-Prozesses (SCALPEL: Scattering Angular Limited Electron beam Lithography) d. h. innerhalb eines Elektronenstahl-Lithographie-Prozesses mit einem begrenzten Streuwinkel. Insbesondere eignet sich die Schablonenmaske, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, zum Einsatz in einem Elektronenstrahl-Lithographie-Prozess.
9 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines primären Musters bzw. Hauptmusters eines Siliziumnitridfilms, der zum Herstellungsvorgang einer Schablonenmaske gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird.
Wie in 9 gezeigt ist, wird der Siliziumnitridfilm in eine Vielzahl von Unterabschnitten zur Bildung eines primären Musters aufgeteilt. Das primäre Muster wird weiter zur Bildung von sekundären Mustern strukturiert. Die Verwendung der sekundären Siliziumnitridfilmmuster als Maskierung führt dazu, dass der Flächenbereich des Siliziumnitridfilms, der einer mechanischen Belastung ausgesetzt ist, im Vergleich zu demjenigen Bereich eines Siliziumnitridfilms, der über die Gesamtfläche des Wafers ausgebildet ist, kleiner wird. Daher ist der Siliziumnitridfilm, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet wird, einer relativ niedrigen mechanischen Belastung bzw. einer niedrigen mechanischen Spannung ausgesetzt, und kann daher als eine stabilere Nass-Ätzmaskierung dienen.
Die 10 bis 15 sind Querschnittsansichten zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Schablonenmaske gemäß der Erfindung.
Das Verfahren zur Herstellung der Schablonenmaske gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorbereitung eines Maskensubstrats 100, das eine gewünschte obere Struktur mit einem vergrabenen Oxidfilm 12 und Siliziumschichtmustern 14a aufweist, wie es in 10 dargestellt ist. Ein erster Siliziumoxidfilm 102 wird anschließend auf der gesamten unteren Oberfläche des Maskensubstrats 100 gebildet und daraufhin wird ein Siliziumnitridfilm 104 und ein zweiter Siliziumoxidfilm 106 nacheinander auf den unteren und oberen Flächen des Substrats 100 gebildet.
Als nächstes werden gewünschte Fotolackmuster (noch nicht gezeigt) auf dem zweiten Siliziumoxidfilm 106 gebildet, der auf dem unteren Oberflächensubstrat 100 ausgebildet liegt. Der zweite Siliziumoxidfilm 106 wird daraufhin unter Verwendung des ausgebildeten Fotolackmusters als Maskierung zur Ausbil dung eines zweiten Siliziumoxidfilmmusters 106a verwendet, wie in 11 gezeigt ist.
Anschließend wird der Siliziumnitridfilm 104 (siehe 10) unter Verwendung des zweiten Siliziumoxidfilmmusters 106 als Maskierung derart strukturiert, dass er ein primäres Siliziumnitridfilmmuster 104a bildet. In diesem Falle wird das der zweite Siliziumoxidfilmmuster 106a und das primäre Silizumnitridfilmmuster 104a derart ausgebildet, dass sie den zweiten Siliziumoxidfilm 106 und den Siliziumnitridfilm 104 in eine Vielzahl von Unterabschnitten nämlich Chips jeweils aufteilen, wie in 9 gezeigt ist. Die 11 stellt einen der unterteilten Chips bzw. Formbereiche dar.
Anschließend wird ferner, wie in 12 gezeigt, ist, ein Siliziumoxidfilm an den unteren und oberen Oberflächen dieses resultierenden Substrats 100 zur Ausbildung eines dritten Siliziumoxidfilms 108 gebildet. Der dritte Siliziumoxidfilm 108 ist hierbei integral bzw. einstückig mit dem zweiten Siliziumoxidmuster 106a ausgebildet, das auf den oberen und unteren Oberflächen des Substrats 100 gebildet wird (siehe 11).
Danach wird ein gewünschtes Fotolackfilmmuster 110 auf dem dritten Siliziumoxidfilm 108, wie in 13 dargestellt, ausgebildet. Anschließend wird unter Verwendung des gebildeten Fotolackfilmmusters 110 als Maskierung der dritte Siliziumoxidfilm 108 zur Bildung eines dritten Siliziumnitridfilmmusters 108a strukturiert, wie in 14 dargestellt ist.
Unter Verwendung des dritten Siliziumoxidfilmmusters 108a als Maskierung wird weiterhin das Siliziumnitridmuster 104a zur Bildung eines sekundären Siliziumnitridfilmmusters 104b strukturiert.
Der erste Siliziumoxidfilm 102 wird danach unter Verwendung des dritten Siliziumoxidfilmmusters 108a strukturiert, wodurch ein erstes Siliziumoxidfilmmuster 102a ausgebildet wird. Anschließend wird das dritte Siliziumoxidfilmmuster 108a völlig entfernt.
In Folge davon wird unter Verwendung des sekundären ersten Siliziumoxidfilmmusters 102b als Maskierung das Maskensubstrat 100 schräg geätzt, wie in 15 gezeigt wird. Als nächstes wird das erste Siliziumoxidfilmmuster 102a erneut strukturiert, indem man das sekundäre Siliziumnitridfilmmuster 104b als Maskierung einsetzt. Auf diese Weise wird eine Schablonenmaskierung hergestellt.
Selbst wenn die Richtung der mechanischen Belastung in dem Siliziumnitridfilm gegenüber der Dicke des Siliziumnitridfilms empfindlich ist, tendiert der Grad der Erzeugung der mechanischen Spannung dazu von dem Siliziumnitridfilm abzuhängen. Auf der Grundlage dieses Phänomens wird der Siliziumnitridfilm, der über die Gesamtoberfläche des Wafers ausgebildet ist, in eine Vielzahl von Unterabschnitten gemäß der Erfindung unterteilt. Auf diese Weise wird ein Flächenbereich des zu strukturierenden Siliziumnitridfilms vermindert, wodurch die mechanische Belastung reduziert wird.
Im Falle der Bildung einer Sperre bzw. Barriere durch Unterteilen des Siliziumnitridfilms in einen schmalen Bereich ist eine mechanische Spannung, die auf dem Siliziumnitridfilm einwirkt, der auf der unteren Oberfläche des Wafers ausgebildet ist, geringer als eine andere mechanische Spannung, die auf dem Siliziumnitridfilm wirkt, der an der oberen Fläche des Wafers ausgebildet ist.
Dementsprechend wird der Siliziumnitridfilm an der unteren Oberfläche des Wafers einer geringeren mechanischen Belastung ausgesetzt, so dass der Siliziumnitridfilm instabiler Weise als Nass-Ätz-Barriere funktioniert.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Stabilisierung des Prozesses des Ätzens der unteren Oberfläche des Silizium-Wafers eingesetzt werden und so den Durchsatz verbessern.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Schablonenmaske mit den folgenden Schritten: a) Vorbereiten eines Maskensubstrats (100) und Bilden eines ersten Siliziumoxidfilms (102) auf der Rückseite des Maskensubstrats (100); b) Bilden eines Siliziumnitridfilms (104) auf dem ersten Siliziumoxidfilm (102); c) Strukturieren des Siliziumnitridfilms (104) zum Bilden eines ersten Siliziumnitridmusters (104a); d) Bilden eines zweiten Siliziumoxidfilms (108) über dem Siliziumnitridmuster (104a) und dem ersten Siliziumoxidfilm (102); e) Bilden eines Fotolackfilmmusters (110) auf der Rückseite des Maskensubstrats (100), wobei das erste Siliziumnitridfilmmuster (104a) größer ist als ein Gebiet, welches durch das Fotolackfilmmuster (110) freigelegt wird; f) Strukturieren des zweiten Siliziumoxidfilms (108) unter Verwendung des Fotolackfilmmusters (110) als Maske zur Bildung eines ersten Siliziumoxidmusters (108a); g) Strukturieren des ersten Siliziumnitridmusters (104a) unter Verwendung des ersten Siliziumoxidmusters (108a) als Maske zur Bildung eines zweiten Siliziumnitridmusters (104b); h) Strukturieren des ersten Siliziumoxidfilms (102) unter Verwendung des zweiten Siliziumnitridmusters (104b) und des ersten Siliziumoxidmusters (108a) als Ätzmaske zur Bildung eines zweiten Siliziumoxidmusters (102a); und i) Ätzen der Rückseite des Maskensubstrats (100) unter Verwendung des zweiten Siliziumnitridmusters (104b) und des zweiten Siliziumoxidmusters (102a) als Ätzmaske.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt i) zusätzlich zu dem zweiten Siliziumnitridmuster (104b) und dem zweiten Siliziummoxidmuster (102a) das erste Siliziumoxidmuster (108a) als Ätzmaske verwendet wird.
Schablonenmaske, die mit einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt worden ist.
Verwendung einer Schablonenmaske nach Anspruch 3 in einem lithographischen Prozess, der die Verwendung einer Lichtquelle beinhaltet, unter Verwendung von Ionenstrahlen, Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder einem SCALPEL-Prozess.