Beschreibung
Mittel und Verfahren zur Strukturierung eines Substrates mit einer Maske
Die Erfindung betrifft ein Mittel zur Strukturierung eines Substrates mit einer Maske nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.
Bei der Herstellung von Strukturen für die Mikroelektronik wird in vielen Fällen ein Substrat mit einer Trockenätzung bearbeitet, um diese Strukturen zu erzeugen. Typische Trockenätzverfahren sind z.B. Plasmaätzen, reaktives Ionenätzen oder Ionenstrahlätzen.
Bei diesen Verfahren wirkt ein Plasma auf das Substrat, z.B. einen Wafer, ein, der mit einem belichteten Photolack (Resist) beschichtet ist. Zur exakten Übertragung einer Struktur auf das Substrat ist es zur Erzielung guter Ätzergebnisse selbst bei hohen Gleichspannungspotentialen in der Plasmaanlage notwendig, dass die Kanten des Photolacks möglichst senkrecht sind. Ist die Größenordnung der zu ätzenden Struktur größer als die Dicke des Photolacks, kommt es während des sogenannten Postbakeschrittes oder spätestens beim Strukturieren wegen Oberflächenspannungseffekten zu
Verrundungen des Photolacks. Dies führt dazu, dass das unter dem Photolack liegende Material während der Strukturierung lateral ungenau geätzt wird.
Zur Vermeidung dieser Strukturungenauigkeiten ist ein sogenannter 3-Lagen-Resist als mehrlagige Maske entwickelt worden, bei dem ein sogenannter Bottom-Resist auf das Substrat aufgebracht wird. Darüber wird der Bottom-Resist mit einer dielektrischen Maske aus Si02 oder Si3N4 versehen. Diese Maske kann dann z.B. in einem CF4/02-Plasma strukturiert werden. Dazu ist es allerdings erforderlich, eine weitere Photolackschicht auf die dielektrische Schicht aufzubringen
(im folgenden Strukturlackschicht genannt) . Somit weist der „ 3-Lagen-Resist eine Schichtung (von oben) aus Strukturlack, Si02/Si3N4 Maskenschicht , Bottom-Resist auf. Mit einem solchen 3 -Lagen-Maske sind senkrechte Photolack-Flanken von bis zu 5 7 μ erzeugt worden (siehe G. Franz, J. Vac . Sei. Technol . A16, 1542 (1998); G. Franz, F. Rinner; J. Vac. Sei. Technol. A17, 56 (1999))
Allerdings zeigte sich bei der Strukturierung von Metall-, .0 insbesondere von Platinschichten eines Substrates, dass bei der Strukturierung des Botto -Resists das darunterliegenden Metall (hier Platin) abgesputtert werden kann, denn der Endpunkt der Ätzung kann spektroskopisch erst dann erkannt werden, wenn bereits eine Anätzung stattgefunden hat, d.h. L5 wenn Platin bereits abgesputtert wurde. Durch das Absputtern wird das Platin auf dem Substrat verteilt, was unerwünscht ist. Es entsteht ein sogenanntes „Mikro-Masking" beim nachfolgenden Ätzschritt im Halbleiter.
10 Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zu Strukturierung eines Substrates mit einer Maske und ein Verfahren zur Strukturierung eines Substrates mit einer Maske zu schaffen, bei dem ein unerwünschtes Anätzen und ein Absputtern von Material des Substrates vermieden 5 wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Mittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst .
0 Dadurch, dass eine Maske mindestens eine Schicht mit oder aus einem naßstrukturierbaren und gegenüber einer Trockenätzung resistenten Dielektrikum aufweist, wird eine Anätzung des unter der Maske liegenden Substrat verhindert.
5 Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Dielektrikum mindestens einen Anteil an Si02, Si3N4, Al203, SiOxNγ (Siliziumoxinitrid) und / oder Ti02 aufweist oder ganz aus einem dieser
Substanzen besteht . Schichten mit oder aus diesen Substanzen lassen sich ohne weiteres auf Substraten abscheiden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Schicht mit oder aus dem Dielektrikum eine Dicke von 30 bis 50nm aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schicht mit oder aus dem Dielektrikum unterhalb eines Bottom-Resists eines 3-Lagen Resists angeordnet ist, da mit diesem besonders gute Flanken in einem Photolack erzeugbar sind.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst .
Dadurch, dass mindestens eine Schicht der Maske aus einem naßstrukturierbaren und aus einem gegenüber Trockenätzen resistenten Dielektrikum aufgebracht wird. Die Schicht kann dabei ein Dielektrikum aufweisen oder aus ihm bestehen. Damit wird auf effiziente Weise ein Ätzstopp für das darunterliegenden Substrat verwirklicht.
Mit Vorteil wird die Schicht aus oder mit dem Dielektrikum vor dem Aufbringen einer Bottom-Resist Schicht eines 3 -Lagen- Resists auf das Substrat aufgebracht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn nach der Strukturierung des Bottom-Resists mit einem Trockenätzverfahren, insbesondere einem RIE-Verfahren, die Schicht aus oder mit dem Dielektrikum naßchemisch geätzt wird.
Besonders effiziente naßchemische Ätzmittel für das Dielektrikum sind Phosphorsäure (H2P04) für gesputtertes A1203, Flußsäure (HF) oder ammongepufferte HF (HF/NH4F) für Si-haltige Dielektrika. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Phosphorsäure im Verhältnis 1:1 mit Wasser verdünnt ist und eine Temperatur von 70 °C aufweist.
Bei einer weiteren vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schicht aus oder mit dem Dielektrikum als Ätzstopp, insbesondere in einem automatisierten Verfahren verwendet .
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines Substrates mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mittels zur Strukturierung;
Fig. 2 Strukturierungsergebnis mit einem bekannten 3-Lagen- Resist;
Fig. 3 Strukturierungsergebnis mit einem bekannten 3-Lagen- Resist nach Entfernung des Resists;
Fig. 4 EDX-Spektrum für eine mit einem bekannten Verfahren und eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Struktur.
In der nicht maßstäblichen, schematischen Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Mittels zur Strukturierung eines Substrates 20 dargestellt. Das Substrat 20 ist hier ein Halbleitermaterial (z.B. Silizium oder ein III-V-Halbleiter) mit einer Platin-Schicht. Gerade für die III-V Halbleiter, die im Bereich der Optoelektronik verwendet werden, sind das erfinderische
Mittel und die erfinderischen Verfahren geeignet .
Das Mittel zur Strukturierung ist hier eine mehrlagige Maske 1, 2, 3, 4. Da diese Masken 1, 2, 3, 4 aus vier Schichten aufgebaut ist, wird diese auch Quadro-Level-Schicht genannt.
Auf dem Substrat 20 ist erfindungsgemäß eine Schicht 1 aus
einem naßchemisch strukturierbaren Dielektrikum angeordnet, wobei das gewählte Dielektrikum resistent gegenüber Trockenätzverfahren für den Photolack einer darüberllegenden Schicht ist.
Eine solche dielektrische Schicht 1 kann beispielsweise aus Si02, Si3N , SiOxNγ, A1203 und / oder Ti02 bestehen oder Anteile dieser Substanzen aufweisen.
Es ist diese dielektrische Schicht 1, die bei einer
Strukturierung darüberliegender Schichten 2, 3, 4 verhindert, dass das Substrat 20 angeätzt wird; sie wirkt als Ätzstopp. Jede Ätzung, die als Ätzstopp z.B. ein Edelmetall (z.B. Au, Ag, Pt) oder ein refraktäres Metall (z.B. Co, Mo, W, Ti auf Halbleiter) verwendet, hat den Nachteil, dass sich abgetragenen Material dieser Schicht in unmittelbarer Nähe unter Bildung des „Mikromasking" abscheidet. Dies ist für die anschließende Ätzung sehr störende. Die Schicht 1 aus oder mit einem Dielektrikum, das naßchemisch entfernbar ist, vermeidet diesen unerwünschten Effekt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Mittels zur Strukturierung sieht vor, dass diese dielektrische Schicht vor dem Aufbringen einer anderen Schicht der mehrlagigen Maskenschicht aufgebracht wird.
Dieses erfindungsgemäße Mittel und die entsprechenden Verfahren zur Herstellung dieses Mittels sind geeignet, den Endpunkt einer Ätzung sehr genau (auf den Nanometer) einzustellen. Bei bekannten Verfahren kann der Endpunkt einer Ätzung nur ungenau bestimmt werden, da zum Nachweis des Endpunktes, das darunterliegende Material im Plasma nachweisbar sein muß, d.h. eine Abtragung muß bereits stattgefunden haben. Zwar wird auch das Dielektrikum schwach abgetragen, es ist jedoch bei der folgenden Naßätzung quantitativ entfernbar.
Die negativen Folgen einer unerwünschten Abtragung sind in Fig. 3 dargestellt.
In Fig. 1 ist oberhalb der dielektrischen Schicht 1 eine an sich bekannte 3-Lagen-Resist Maske 2, 3, 4 angeordnet.
Ein Bottom-Resist 2 mit relativ hoher Schichtdicke (z.B. mehreren Mikrometer) wird, wie erwähnt, mittels eines Trockenätzverfahrens strukturiert. Dafür ist eine Maskenschicht 3 aus Si02 oder Si3N4 vorgesehen. Eine
Strukturlackschicht 4 dient wiederum der Strukturierung der Maskenschicht 3.
Fig. 2 zeigt eine Durchzeichnung einer REM-Aufnähme einer solchen an sich bekannten 3-Lagen-Resist Schichtung. Das
Substrat 20 weist hier eine Platinschicht auf, auf dem eine ca. 7,3 μm dicke Bottom-Resist 2 Schicht angeordnet ist.
Oberhalb des Bottom-Resist 2 ist eine sehr dünne Deckschicht aus Si3N als Maskenschicht 3 angeordnet.
Fig. 3 zeigt eine Durchzeichnung einer REM-Auf ähme, die die in Fig. 2 dargestellte Struktur nach dem Trockenätzen darstellt .
Beim Trockenätzen mit Sauerstoff wird die dünne
Platinbeschichtung des Substrates 20 angesputtert , so dass dieses Platin sich an den Flanken der 3 -Lagen Maske 2, 3, 4 anlagert. Nach der Entfernung der Maske 2, 3, 4 bleibt dieses abgesputterte Platin als eine Art „Zaun" 30 übrig.
Dabei können nicht unerhebliche Mengen Platin abgesputtert werden, da übliche Massenspektrometer Platin aufgrund seines hohen Atomgewichtes nicht gut nachweisen können. Auch wird Platin für den Nachweis mit anderen Verfahren nicht ausreichend in flüchtige Verbindungen überführt. Dies alles erschwert den Nachweis für einen Endpunkt des Ätzens.
Bei der Abscheidung (Redeposition) des Materials (hier Platin) wird zwar keine zusammenhängende Schicht gebildet, wohl aber werden dadurch Punktmasken gebildet, die bei einem nachfolgenden Ätzschritt zur einer „Nadel- oder Grasbildung" führen.
Hier wird am Beispiel einer Platin-Schicht auf einem Substrat dargestellt, wie bei einem reaktiven Ätzprozeß (hier Ätzung mit Sauerstoff) das freiliegende Material einen Ätzstopp bildet, da es keinerlei chemische Affinität zum Ätzgas hat. Aber das Material wird durch physikalisches Sputtern abgetragen und wieder abgeschieden.
Um das zu verhindern, wird die naßchemisch strukturierbare, gegen Trockenätzen resistente dielektrische Schicht 1 als zusätzliche Ätzstop-Schicht eingefügt. Diese Schicht 1 ist naßchemisch entfernbar. Damit ist das erfindungsgemäße Mittel und das erfindungsgemäße Verfahren für jede Art einer Strukturierung mit Ätzstopp aber auch mit Endpunktdetektion (Genauigkeit nicht besser als 1 nm) verwendbar. Eine Redeposition wird vermieden.
Fig. 4 zeigt ein EDX-Spektrum (Energy Dispersive X-Ray Analysis) bei dem die Signale einer Strukturierung mit einem 3-Level-Resist (Kurve A) und einer erfindungsgemäßen Quadro- Level Maske (Kurve B) dargestellt sind. Der Platin-Peak der Kurve A zeigt (mit Pt gekennzeichnet) , dass bei einer 3- Lagen-Maske ohne erfindungsgemäße dielektrische Schicht 1 Platin präsent ist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Quadro-Level Technik, d.h. mit dieelektrischer Schicht 1, lassen sich keine nennenswerten Absputterungen von Platin nachweisen; es hat kein Anätzen der Platinschicht auf dem Substrat 20 stattgefunden.
Damit kann die erfindungsgemäße dielektrische Schicht 1 auch zu einer automatischen Regelung des Herstellungsprozesses verwendet werden. Sobald Anteile der dielektrischen Schicht
nachweisbar sind, wird der Ätzschritt gestoppt. In einer nachfolgenden Naßätzung werden dann die Spuren des Dielektrikums entfernt.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Mittel und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.
Bezugszeichenliste
1 Schicht aus naßstrukturierbarem Dielektrikum
2 Bottom-Resist
3 Maskenschicht
4 Strukturlackschicht 20 Substrat
30 Zaun aus abgesputtertem Platin