WO2023012091A1 - Semiconductor component and method for producing same - Google Patents

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WO2023012091A1
WO2023012091A1 PCT/EP2022/071517 EP2022071517W WO2023012091A1 WO 2023012091 A1 WO2023012091 A1 WO 2023012091A1 EP 2022071517 W EP2022071517 W EP 2022071517W WO 2023012091 A1 WO2023012091 A1 WO 2023012091A1
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hard mask
mask layer
layer
etching process
structured
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PCT/EP2022/071517
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Ivar Tangring
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L2933/0025—Processes relating to coatings

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a semiconductor component and a semiconductor component.
  • modern semiconductor components include not only a functional semiconductor layer sequence but also additional materials on their respective surface, which must satisfy certain boundary conditions.
  • additional materials on their respective surface, which must satisfy certain boundary conditions.
  • materials that, for example, mirror surfaces, filters o. uh . should train .
  • such materials are applied as layers or structured layers on the light-emitting upper side of the component.
  • the semiconductor component is usually covered with a photomask, this is structured and then the necessary material, for example a metal, a metal oxide or another metal-containing compound, is sputtered on, vapor-deposited or otherwise deposited.
  • the necessary material for example a metal, a metal oxide or another metal-containing compound
  • MgF2 magnesium fluoride
  • MgF 2 is a material which is difficult to structure further.
  • a functional semiconductor layer sequence is used below to mean a semiconductor layer sequence in which one or more circuits or functions are integrated. These can be transistors or other components, for example. Such a functional semiconductor layer sequence can, in addition to differently doped layers, also have metallic, include dielectric or undoped layers. In particular, dielectric layers can be present on the surface to protect against oxidation.
  • a functional semiconductor layer sequence includes an active zone that is designed to be suitable for light emission or also for light detection.
  • the light emission or detection can primarily along a top or. Surface of the semiconductor layer sequence take place, so that one speaks here of a so-called surface emitter (in the case of a light-emitting diode).
  • a functional semiconductor layer sequence can be formed in such a way that in a subsequent component it emits light on all sides, which is essentially referred to as a volume emitter.
  • a first hard mask layer is applied, in particular areally, to the functional layer sequence.
  • the first hard mask layer can be applied in various ways, for example by means of sputtering, vapor deposition, chemical or physical vapor deposition and the like. Other possibilities include depositing the first mask layer using amorphous thin films. It is possible to structure the first hard mask layer while it is being applied, if this is necessary.
  • the term hard mask layer means a non-organic mask layer.
  • a second hard mask layer is then applied to the first hard mask layer.
  • the second hard mask layer is distinguished from the first hard mask layer in that it can be etched selectively with at least one process.
  • selective etchable means that a specific hard mask layer is attacked by a specific etching process, but the respective other hard mask layer is not attacked or only insignificantly attacked by this process.
  • a layer or a material is very strongly inert to an etching process if it is not or significantly less attacked by it, "selective etching" of a layer means in this context that the etchant only attacks the layer, but possibly no adjacent layer of another material
  • the hard mask layers are selected in such a way that they can each be etched individually with corresponding etching processes, but the etching processes used do not significantly affect the respective other hard mask layer.
  • a structured photo mask is now applied to the second hard mask layer.
  • the structuring of the photomask takes place in two or more steps, with the material of the photomask being spun on in a first step, vapor-deposited chemically or physically from the gas phase, sputtered or otherwise applied and in a second step the material applied in this way using lithographic processes the photo mask ke is structured.
  • the second hard mask layer is then structured using the at least one etching process, parts of the second hard mask layer being removed by the process. However, due to the selectivity of the etching process used, it does not or does not attack the underlying first hard mask layer. only marginally.
  • the first hard mask layer is now structured with at least one second process, which in turn acts selectively against the second hard mask layer.
  • an etchant that is also capable of etching the first hardmask layer may be used to pattern the second hardmask layer.
  • a plasma etching process can be used for this, which etches both hard mask layers and thus has an unselective effect.
  • a second etching process also takes place, which selectively etches only the first hard mask layer but does not etch the second hard mask layer or only insignificantly.
  • the second etching process causes undercutting of the second hard mask layer, so that a T-shaped structure is obtained.
  • the two hard mask layers are thus etched by one or two different selective etching processes, with the end result being a partial undercutting under the second hard mask layer in the region of the structured second hard mask layer.
  • the etch process for the first hard mask can be differentially selective, i . H . it etches the first hard mask much faster, e.g. B. 3 to 5 times faster than the first hard mask.
  • the structured photomask can then be removed again using various methods.
  • the advantage of this method is that the first and second hard mask layers are essentially temperature-independent or is significantly more temperature-stable than a commonly used photomask.
  • materials can now also be deposited on the surface of the semiconductor layer sequence which cannot be deposited using conventional photolithographic methods.
  • the material now to be deposited can be designed with a predetermined shape.
  • the at least one first and also the at least one second etching process is non-selective with respect to this material.
  • the material is through the etching processes, with the first and second hard mask layer can be etched, not or hardly attacked.
  • At least one of the first or second hard mask layer is removed with the at least one second or the at least one first etching process.
  • the previously deposited material remains on the surface of the semiconductor layer sequence and the hard masks can be removed accordingly.
  • the step of depositing the material occurs at a processing temperature of >150°C and in particular >250°C.
  • materials can also be deposited on the surface of the semiconductor layer sequence which cannot be applied, or can only be applied with difficulty, using conventional photolithographic methods and conventionally used photomask materials.
  • both the second hard mask layer can be selectively removed using the first etching process and the first hard mask layer can be removed using the at least one second etching process.
  • the at least one second etching process is used selectively in order to remove the first hard mask layer, so that the second hard mask layer and the material deposited on the second hard mask layer can be removed.
  • wet-chemical processes and plasma etching processes or dry-chemical or Gas phase etching processes are used for the respective processes. It is essential that the processes are mutually selective, i . H . the two hard mask layers are made of appropriate materials that are inert to the respective other etching process, i .e . H . are not or only insignificantly attacked. Suitable materials include glass and various metals, since these are selectively attacked by different processes.
  • a further aspect deals with the layer thickness of the various hard mask layers and the resulting layer thicknesses of the deposited material on the surface of the semiconductor layer sequence.
  • a layer thickness of the first hard mask layer is greater than half the layer thickness of the adjacent material deposited on the functional semiconductor layer sequence.
  • an undercut is provided such that a portion of the first hard mask layer is removed or etched below the second hard mask layer. is washed out.
  • This forms an overhang the height of which is essentially given by the thickness of the first hard mask layer.
  • Such an overhang can be achieved, for example, by means of a chemical etching process of the first hard mask layer, in in which the etchant selectively attacks the material of the first hard mask layer and removes it in the region of the structured second hard mask layer.
  • the size of the overhang can be approximately controlled by the etching process.
  • undercutting can be better controlled in some aspects, resulting in improved reproducibility.
  • undercutting can also be omitted, resulting in more or less perpendicular openings down to the semiconductor layers.
  • a lateral extent of the overhang comprises at least the layer thickness of the first hard mask layer. In further aspects, this transition can also be 1.5 to 3.5 times the layer thickness, but in particular more than twice the layer thickness of the first hard mask layer.
  • the side flank of the first hard mask layer can also be accessible with an etchant.
  • the still accessible cavity is thus created the possibility of either the first or. to also etch the second hard mask layer selectively and thus to be able to remove it.
  • a further aspect relates to the design of the undercutting and the deposition of the material in the depression created by the first and second etching process.
  • the material is deposited in such a way that it is directly adjacent to a side edge of the first structured hard mask layer below the second hard mask layer.
  • a partial area of the side edge of the first hard mask layer can remain free in this case.
  • so much material is deposited in the recess that it extends into the undercut and arrives directly at the side edge of the first hard mask layer. This makes it possible to provide a predetermined structure and also a predetermined delimitation of the material on the surface of the semiconductor layer sequence. Nevertheless, due to the undercutting, the rear side of the second hard mask layer remains accessible for a further step.
  • the second hard mask layer is now removed by the at least one first etching process, so that the material deposited on the second hard mask layer is also removed. What remains on the semiconductor layer sequence is the sputtered or deposited material and the first hard mask layer. This can still be selectively removed in further steps by the second etching process, without the applied material being adversely affected.
  • an interface of the material now runs essentially perpendicular to the surface of the functional semiconductor layer sequence after the first hard mask layer has been removed. This is the case in particular if the deposition of the material has led to the material being directly adjacent to the side edge of the first structured hard mask layer. In this connection it should be mentioned that the shape of the interface depends on the boundary of the first hard mask after undercutting.
  • the second mask is opened without at least partially attacking the first hard mask, and the first hard mask is then wet-chemically etched, there will very likely be a falling edge.
  • a plasma-chemical first etching process in which both hard masks are attacked, and in a subsequent wet-chemical process, a steeper, possibly vertical flank is produced in the interface of the first hard mask.
  • the deposited material can also leak, d . H . decrease in thickness with increasing distance from the center.
  • a further aspect of the proposed method concerns the possibility of now removing additional undesired chemical substances before the actual deposition of the material.
  • These undesired substances are in particular oxides which cover the surfaces intended for the deposition of material, or gases which are embedded in the material.
  • Another aspect relates to a semiconductor component with a functional semiconductor layer sequence, which has a surface.
  • a material layer which comprises a first and a second partial region, is applied to a partial region of the semiconductor layer sequence.
  • the second sub-area completely encloses the first sub-area.
  • the existing material layer is characterized on the one hand by a processing temperature of higher than 200° and in particular higher than 250° C. and also has in the second partial area a temperature that increases with increasing distance from the first partial area decreasing thickness .
  • the processing temperature is a property of the layer of material, such that processing at lower temperatures results in a measurable change in the qualitative properties of the layer.
  • FIGS. 1A to 1E show several steps of a method for producing a component according to the proposed principle
  • FIG. 2 shows an intermediate step in the production of a component according to the proposed principle
  • FIGS. 3A to 3C show further steps in a method for producing a component according to the proposed principle
  • FIG. 4 shows a section of a component during the production process to explain some principles
  • FIGS. 5A and 5B show further method steps for producing a component according to the proposed principle.
  • FIGS. 1A to 1E show the first steps of a method according to the proposed principle for producing a plurality of hard masks on a layer sequence, which are suitable for the subsequent production of a material which is otherwise difficult to process.
  • a functional semiconductor layer sequence 10 is provided in a first step, illustrated in FIG. 1A.
  • this can include different integrated components and, in the case of optoelectronic semiconductor components, also an active zone.
  • the semiconductor layer sequence 10 is designed, for example, to emit light along its surface. A first hard mask layer is then deposited areally on this surface.
  • first hard mask layer 11 can be supplemented with an etching process which is selective with respect to the layer sequence 10 underneath.
  • the underlying layer sequence 10 is therefore inert to the etching process, which can etch the first hard mask layer 11 and is used for this purpose.
  • partial areas of the first hard mask layer 11 can thus be removed without the underlying layer sequence 10 being attacked during the etching process.
  • a second hard mask layer 12 is deposited over the surface of the first hard mask layer 11 .
  • the second hard mask layer is in turn distinguished by the fact that it consists of a different material than the first hard mask layer 11 .
  • the hard mask layer 12 is formed with a material which is inert to the first etching process and can in turn be etched by a second process which is non-selective to the first hard mask layer 11 .
  • a material is used for the second hard mask layer 12 that can be supplemented by at least one etching process that does not attack the underlying first hard mask layer 11 .
  • metals or Dielectrics since these are characterized by a high resistance to higher processing temperatures.
  • the thickness of the first and second hard mask layers 11 and 12 can be chosen to be the same, but also different.
  • the thickness of the first hard mask layer 11 is dependent to a certain extent on the subsequently desired thickness of the material to be deposited, as will be explained in more detail below.
  • the material of a photomask 13 is now applied over the entire surface of the second hard mask layer 12 .
  • the material of the photomask, as well as the deposition and later structured method, is of a conventional nature and is already known in the state of the art and can in particular be of an organic nature.
  • Photomask 13 is now structured in subfigure ID, and a structured photomask 130 is thus formed.
  • partial areas of the photomask are removed for this purpose, so that the surface of the underlying second hard mask layer is partially exposed. This process can take place as has already been described several times in the prior art.
  • a first etching process is now carried out, in which the uncovered areas of the second hard mask layer are removed.
  • the selective first etching process removes parts of the hard mask layer 12 down to the surface of the first hard mask layer 11 .
  • the first etching process used results in a slight undercutting under the photomask 130 .
  • undercutting means that, as shown, material of the second hard mask layer that is located below the structured photomask 130 is also etched. In other words, the diameter of the opening formed in the second hard mask layer 12 thus increases slightly. This is due to the first etching process used, represented by a wet-chemical process in the present exemplary embodiment.
  • the first hard mask layer is now structured by removing the area of the first hard mask layer adjoining the structured area of the second already structured hard mask layer 120 .
  • a first structured hard mask layer 110 is formed.
  • This step was also carried out with an etching process which, however, is not selective with respect to the second hard mask layer 120 and also the surface of the semiconductor layer sequence 10 and thus does not attack the second hard mask layer 120 and the layer sequence 10 .
  • Hard mask layer 120 and layer sequence 10 are inert to this etching process.
  • the etching process takes place in such a way that not only is the surface 101 of the semiconductor layer sequence 10 uncovered, but undercutting underneath the second hard mask layer 120 in adjacent regions 102 also takes place. These areas thus form an overhang or later spaces from . Based on the height h of the first hard mask layer 110, the overhang and thus the depth d can be a function of the etching process used, for example the concentration of the substance.
  • the overhang can be controlled on the one hand and the resulting depression can thus be checked.
  • FIGS. 3A to 3C show the next steps of the proposed method.
  • the photomask 130 is removed so that the surface 121 of the second hard mask layer 120 is exposed.
  • the photomask 130 can also be removed before the step of patterning the first hard mask layer 110 . This is possible because the etching process used for structuring the hard mask layer 110 does not attack the already structured second hard mask layer 120 .
  • the material 14 is then deposited. As shown, the material 14 is deposited isotropically, i . H . as evenly as possible over the entire area . Correspondingly, the material 14 is deposited both on the upper side 121 of the second hard mask layer 120 and on the upper side 101 of the exposed functional layer sequence 10 and on the side edges of the second hard mask layer.
  • the material 14 is sputtered on uniformly, so that part of the material is deposited in the opening created by the previous structuring steps. There it forms a more or less plane-parallel surface with the height H . However, it can be seen that towards the edge, d. H . to the side edge of the hard mask layer 120, the height H decreases, the thickness of the deposited material on the surface of the semiconductor layer sequence 10 already beginning within the opening and continuing over the edge of the second hard mask layer 120.
  • Part of the separated material thus gets under the overhang and is deposited there.
  • the amount of material is selected such that a gap remains between the upper side of the material 14 on the semiconductor layer sequence 10 and the lower side edge of the second hard mask layer 120 so that the intermediate space 102 formed by the overhang is still accessible. This is necessary because otherwise the etchant for the second hard mask layer 120 or for the first hard mask layer 110 can no longer attack and detachment of the hard mask layers 120 or 110 is no longer possible as a result.
  • the drop in the layer thickness of the material deposited on the surface 101 depends, among other things, on the size of the opening in the second structured hard mask layer 120 .
  • the distance between the second hard mask layer 120 and the material on the surface depends on the layer thickness H overall. With an increasing layer thickness H, this distance also decreases.
  • the rule of thumb has proven to be to select the thickness h of the first hard mask layer 110 in such a way that it corresponds to at least half the desired layer thickness H of the deposited material. This ensures that the gap shown in FIG. 3B remains and access under the overhang is therefore possible.
  • the length d of the overhang and thus of the intermediate space 102 is also important.
  • the length d is selected in such a way that the material deposited on the surface 101 of the layer sequence 10 covers only a partial area of the surface below the overhang.
  • the lateral extent of the overhang can thus be suitably selected so that on the one hand the side edge of the first hard mask layer 110 remains free of material, so that the etching process can start here.
  • FIG. 3C shows the state of the component according to the invention after the second hard mask layer 120 has been completely removed by the first etching process. Because of the selectivity, the first etching process only attacks the hard mask layer 120 but not the hard mask layer 110 , the semiconductor layer sequence 10 or the deposited material 14 .
  • the deposited material 14 now forms an essentially plane-parallel surface 141 in a first partial area 140? out of .
  • This first sub-area is surrounded by a second sub-area 142, the thickness of which steadily decreases with increasing distance from the first sub-area. This behavior can be controlled by the material sputtered and deposited as well as the various process parameters.
  • FIGS. 4 and 5 show an exemplary embodiment in which the overhang is correspondingly smaller.
  • FIG. 4 shows the state after the material 14 has been deposited.
  • the material 14 is applied both to the upper side of the second hard mask layer and its side edge and as material 15 to the surface of the semiconductor layer sequence 10 .
  • a structuring of the first and the second structured hard mask layer 110 or 120 is made in such a way that the resulting transition essentially corresponds to the height h of the first structured hard mask layer 110 in terms of its lateral dimension. With an evenly sputtered material 14 onto the surface, this leads to material accumulating in the partial region 142 at the side edge of the first hard mask layer 110 .
  • this partial area 142 no longer has a steadily decreasing thickness, but this first decreases somewhat and then remains constant until it is a smaller thickness, bordering on the side edge of this hard mask layer. In this way, a defined interface of the deposited material can be achieved on the upper side of the semiconductor layer sequence 10 . In addition, the decrease in thickness of the material over the entire lateral extent can be better determined and controlled.
  • FIGS. 5A and 5B now show the further process steps in such an exemplary embodiment.
  • the second hard mask layer 120 and the material 14 deposited thereon are completely removed by the first etching process.
  • the surface of the first hard mask layer 110 is thus exposed.
  • the first hard mask layer 110 can also be used as an insulating boundary layer and as a protective layer, it can remain on the surface of the functional semiconductor layer sequence 10 .
  • FIG. 5B it is also possible to completely remove the first structured mask 110 in a further second etching process.
  • inorganic materials As the first and second hard mask layers, it becomes possible to achieve higher processing temperatures for materials to be deposited on the surface.
  • materials can be used that can be etched selectively, so that selective structuring and removal of the individual hard mask layer remains possible after the deposited material has been deposited.
  • the use of inorganic materials also allows high-temperature annealing processes or Carry out ashing processes before separating the material without damaging the individual masks. In this way, for example, oxygen can be removed from the surface of the semiconductor layer sequence before materials are formed on previously oxidized surfaces.
  • Examples of materials that can be used for the different hard mask layers are silicon dioxide, aluminum, silver or other metals. These can be selectively removed from one another wet-chemically, but also dry-chemically or by plasma etching.
  • a material of the hard mask layers can advantageously be etched selectively by different etching processes, so that there is an extensive selection of possible etching processes. Materials that require particularly high processing temperatures can also be deposited in this way.
  • materials can be used for depositing on the layer sequence that are difficult to remove mechanically, or are hardly vulnerable compared to conventional etching processes.
  • An example of this is magnesium fluoride MgF 2 , which can benefit from a processing temperature of 300°.
  • magnesium fluoride is very difficult to remove by processes without that underlying layers or neighboring layers are also attacked.
  • the use of several hard mask layers, which are also insensitive to the processing temperature also allow such materials to be applied to the surfaces with high quality.
  • hard mask layers made of different metals are also possible. It is essential that two adjacent hard mask layers can only be etched using different processes in order to avoid unintentional damage. Such a layer sequence can also alternate, so that a plurality of mask layers of periodically alternating materials are first applied and then structured.

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Abstract

The invention relates to a semiconductor component having a functional semiconductor layer sequence with a surface. A layer is applied on a partial region of the surface, said layer having a first partial region and a second partial region surrounding the first partial region. The first partial region has a defined thickness with a surface which is essentially plane-parallel to the surface of the functional layer sequence. A thickness of the second partial region decreases, in particular continuously, starting from the first partial region.

Description

HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF PRODUCTION THEREOF
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2021 120 199 . 3 vom 03 . August 2021 in Anspruch, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug vollständig auf genommen wird . The present application takes priority from German application DE 10 2021 120 199. 3 from 03 . August 2021, the disclosure content of which is hereby fully incorporated by reference.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelement sowie ein Halbleiterbauelement . The present invention relates to a method for producing a semiconductor component and a semiconductor component.
HINTERGRUND BACKGROUND
Moderne Halbleiterbauelemente umfassen in einigen Anwendungen neben einer funktionalen Halbleiterschichtenfolge auch zusätzliche Materialien auf ihrer j eweiligen Oberfläche , die bestimmten Randbedingungen genügen müssen . Neben der Verwendung von verschiedenen Metallen zur Erzeugung von Kontaktflächen und ähnlichem gehören zu auch Materialien, die beispielsweise Spiegelflächen, Filter o . ä . ausbilden sollen . Gerade im Fall von optoelektronischen Halbleiterbauelementen werden derartige Materialien als Schichten oder strukturierte Schichten auf der Licht emittierenden Oberseite des Bauelements aufgebracht . In some applications, modern semiconductor components include not only a functional semiconductor layer sequence but also additional materials on their respective surface, which must satisfy certain boundary conditions. In addition to the use of different metals for the production of contact surfaces and the like also include materials that, for example, mirror surfaces, filters o. uh . should train . Especially in the case of optoelectronic semiconductor components, such materials are applied as layers or structured layers on the light-emitting upper side of the component.
Zu diesem Zweck wird üblicherweise nach der Herstellung der funktionalen Schichtenfolge das Halbleiterbauelement mit einer Fotomas ke bedeckt , diese strukturiert und anschließend das notwendige Material beispielsweise ein Metall , ein Metalloxid oder auch einer anderen metallhaltigen Verbindung aufgesputtert , aufgedampft oder anderweitig abgeschieden . Dabei hat sich in einigen Anwendungen herausgestellt , dass das verwendete Material zwar für die j eweilige Anwendung besonders geeignet ist , der Herstellungsvorgang j edoch durch die Eigenschaften des Materials erschwert wird . Ein Beispiel hierfür ist die Verwendung von Magnesiumfluorid, MgF2 , welches zum einen eine hohe Abscheidetemperatur benötigt , um die notwendige Schicht Qualität zu erreichen und Risse im aufgebrachten Material zu vermeiden . Daneben ist MgF2 ein Material , welches sich nur schwer weiter strukturieren lässt . For this purpose, after the production of the functional layer sequence, the semiconductor component is usually covered with a photomask, this is structured and then the necessary material, for example a metal, a metal oxide or another metal-containing compound, is sputtered on, vapor-deposited or otherwise deposited. In some applications it has been found that although the material used is particularly suitable for the respective application, the manufacturing process is made more difficult by the properties of the material. An example of this is the use of magnesium fluoride, MgF2, which on the one hand requires a high deposition temperature in order to achieve the necessary layer quality and to avoid cracks in the applied material. In addition, MgF 2 is a material which is difficult to structure further.
Die hohen Temperaturen während des Abscheidens derartiger Materialien erschweren die Auswahl möglicher Stoffe für die Fotomas ke und deren anschließende Strukturierung . Daneben hat sich herausgestellt , dass insbesondere Materialien mit einer hohen Abscheidetemperatur Schwierigkeiten bei einem späteren ablösen der Fotomas ke durch einen entsprechenden Prozess zeigen . The high temperatures during the deposition of such materials make it difficult to select possible materials for the photo mask and its subsequent structuring. In addition, it has been found that, in particular, materials with a high deposition temperature show difficulties when the photomask is subsequently detached by a corresponding process.
Es besteht daher das Bedürfnis , ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements vorzuschlagen, das geeignet ist , auch Materialien mit höherer Abscheidetemperatur ausreichend gut verarbeiten zu können . There is therefore a need to propose a method for producing a semiconductor component which is suitable for also being able to process materials with a relatively high deposition temperature sufficiently well.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG SUMMARY OF THE INVENTION
Diesem Bedürfnis wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche Rechnung getragen . Weiterbildungen der Maßnahmen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen . This need is taken into account by the subject matter of the independent claims. Further developments of the measures and advantageous refinements result from the dependent claims.
Der Erfinder hat erkannt , dass ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mehrere verschiedene Aspekte in sich vereinen muss , um die gewünschte Vorteile zu realisieren . Entsprechend schlägt er vor, eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge auf einem Trägersubstrat bereitzustellen . Unter dem Begriff einer „funktionellen Halbleiterschichtenfolge" wird im Folgenden eine Halbleiterschichtenfolge verstanden, in der eine oder mehrere Schaltungen bzw . auch Funktionen integriert sind . Dies können beispielsweise Transistoren oder andere Bauelemente sein . Eine derartige funktionelle Halbleiterschichtenfolge kann neben verschieden dotierten Schichten, auch metallische , dielektrische oder undotierte Schichten umfassen . Insbesondere können an der Oberfläche zum Schutz vor Oxidation dielektrische Schichten vorhanden sein . Im Fall optoelektroni- scher Halbleiterbauelemente umfasst eine funktionale Halbleiterschichtenfolge eine aktive Zone , die zur Lichtemission oder auch zur Lichtdetektion geeignet ausgeführt ist . Dabei kann die Lichtemission oder -Detektion primär entlang einer Oberseite bzw . Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge erfolgen, sodass man hier von einem sogenannten Oberflächenemitter ( im Fall einer Leuchtdiode ) spricht . Ebenso kann in einigen Ausgestaltungen eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge derart ausgebildet sein, dass sie bei einem späteren Bauelement Licht zu allen Seiten imitiert , welches im Wesentlichen als Volumenemitter bezeichnet wird . In der Herstellung wird nach dem Bereitstellen der funktionellen Halbleiterschichtenfolge eine erste Hartmaskenschicht insbesondere flächig auf der funktionellen Schichtenfolge aufgebracht . The inventor has recognized that a method for producing a semiconductor component must combine several different aspects in order to realize the desired advantages. Accordingly, he proposes providing a functional semiconductor layer sequence on a carrier substrate. The term “functional semiconductor layer sequence” is used below to mean a semiconductor layer sequence in which one or more circuits or functions are integrated. These can be transistors or other components, for example. Such a functional semiconductor layer sequence can, in addition to differently doped layers, also have metallic, include dielectric or undoped layers. In particular, dielectric layers can be present on the surface to protect against oxidation. In the case of optoelectronic In the case of semiconductor components, a functional semiconductor layer sequence includes an active zone that is designed to be suitable for light emission or also for light detection. The light emission or detection can primarily along a top or. Surface of the semiconductor layer sequence take place, so that one speaks here of a so-called surface emitter (in the case of a light-emitting diode). Likewise, in some configurations, a functional semiconductor layer sequence can be formed in such a way that in a subsequent component it emits light on all sides, which is essentially referred to as a volume emitter. During production, after the functional semiconductor layer sequence has been provided, a first hard mask layer is applied, in particular areally, to the functional layer sequence.
Das Aufbringen der ersten Hartmas kenschicht kann auf verschiedene Weisen beispielsweise mittels Sputtern, Bedampfen chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung und ähnlichem. Andere Möglichkeiten sind auch ein Abscheiden der ersten Maskenschicht mittels amorphen Dünnfilmen . Dabei ist es möglich, bereits während des Aufbringen der ersten Hartmas kenschicht diese zu strukturieren, sofern dies erforderlich ist . Unter dem Begriff einer Hartmaskenschicht wird eine nichtorganische Maskenschicht verstanden . The first hard mask layer can be applied in various ways, for example by means of sputtering, vapor deposition, chemical or physical vapor deposition and the like. Other possibilities include depositing the first mask layer using amorphous thin films. It is possible to structure the first hard mask layer while it is being applied, if this is necessary. The term hard mask layer means a non-organic mask layer.
Anschließend wird eine zweite Hartmas kenschicht auf der ersten Hartmas kenschicht aufgebracht . Dies kann auf die gleichen Arten wie bereits bei der ersten Hartmas ke beschrieben erfolgen . Erfindungsgemäß zeichnet sich die zweite Hartmas kenschicht gegenüber der ersten Hartmas kenschicht dadurch aus , dass sie selektiv mit wenigstens einem Prozess ätzbar ist . „Selektiv ätzbar" heißt in diesem Zusammenhang, eine bestimmte Hartmas kenschicht von einem bestimmte Ätzprozess angegriffen wird, die j eweils andere Hartmas kenschicht aber von diesem Prozess nicht oder nur unwesentlich angegriffen wird . Mit anderen Worten ist eine Schicht oder ein Material sehr stark inert gegenüber einem Ätzprozess , wenn es von diesem nicht oder deutlich weniger angegriffen wird , „selektives Ätzen" einer Schicht bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Ätzstoff lediglich die Schicht angreift , aber eventuell keine benachbarte Schicht aus einem anderen Material A second hard mask layer is then applied to the first hard mask layer. This can be done in the same ways as already described for the first hard mask. According to the invention, the second hard mask layer is distinguished from the first hard mask layer in that it can be etched selectively with at least one process. In this context, "selectively etchable" means that a specific hard mask layer is attacked by a specific etching process, but the respective other hard mask layer is not attacked or only insignificantly attacked by this process. In other words, a layer or a material is very strongly inert to an etching process if it is not or significantly less attacked by it, "selective etching" of a layer means in this context that the etchant only attacks the layer, but possibly no adjacent layer of another material
Mit anderen Worten werden in einigen Aspekten die Hartmaskenschichten so ausgewählt , dass sie mit entsprechenden Ätzprozessen j eweils für sich genommen geätzt werden können, die dabei verwendeten Ätzprozesse j edoch die j eweils andere Hartmaskenschicht nicht wesentlich beeinflussen . In other words, in some aspects the hard mask layers are selected in such a way that they can each be etched individually with corresponding etching processes, but the etching processes used do not significantly affect the respective other hard mask layer.
Nach dem Aufbringen der zweiten Hartmaskenschicht wird nun eine strukturierte Fotomas ke auf die zweite Hartmas kenschicht aufgebracht . Das Strukturieren der Fotomaske erfolgt in zwei oder mehr Schritten, wobei in einem ersten Schritt das Material der Fotomas ke aufgeschleudert , aufgedampft aus der Gasphase chemisch oder physikalisch abgeschieden, auf gesputtert oder anderweitig aufgebracht wird und in einem zweiten Schritt mittels lithographischer Verfahren das so aufgebrachte Material der Fotomas ke strukturiert wird . After the second hard mask layer has been applied, a structured photo mask is now applied to the second hard mask layer. The structuring of the photomask takes place in two or more steps, with the material of the photomask being spun on in a first step, vapor-deposited chemically or physically from the gas phase, sputtered or otherwise applied and in a second step the material applied in this way using lithographic processes the photo mask ke is structured.
Anschließend erfolgt ein Strukturieren der zweiten Hartmas kenschicht mit dem wenigstens einen Ätzprozess , wobei Teile der zweiten Hartmaskenschicht durch den Prozess entfernt werden . Durch die Selektivität des verwendeten Ätzprozesses greift j edoch dieser die darunterliegende erste Hartmaskenschicht nicht bzw . nur unwesentlich an . Die erste Hartmas kenschicht wird nun mit wenigstens einem zweiten Prozess strukturiert , der wiederum selektiv gegen die zweite Hartmas kenschicht wirkt . The second hard mask layer is then structured using the at least one etching process, parts of the second hard mask layer being removed by the process. However, due to the selectivity of the etching process used, it does not or does not attack the underlying first hard mask layer. only marginally. The first hard mask layer is now structured with at least one second process, which in turn acts selectively against the second hard mask layer.
In einigen Aspekten kann ein Ätzstoff für die Strukturierung der zweiten Hartmaskenschicht benutzt werden, der auch imstande ist die erste Hartmas kenschicht zu ätzen . Beispielsweise kann hierfür ein Plasmaätzprozess verwendet werden, der beide Hartmas kenschichten ätzt und somit unselektiv wirkt . In j edem Fall erfolgt weiterhin zum Ätzen der ersten Hartmaskenschicht ein zweiter Ätzprozess , der selektiv lediglich die erste Hartmas kenschicht ätzt , aber nicht oder nur unwesentlich die zweite Hartmas kenschicht ätzt . Dabei bewirkt der zweite Ätzprozess eine Unterätzung der zweiten Hartmas kenschicht , sodass sich eine T-förmige Struktur einstellt . Mit anderen Worten werden in einigen Aspekten die beiden Hartmas kenschichten somit durch einen oder zwei unterschiedliche selektive Ätzprozesse geätzt , wobei im Endergebnis eine teilweise Unterätzung unter die zweite Hartmas kenschicht im Bereich der strukturierten zweiten Hartmas kenschicht stattfindet . In some aspects, an etchant that is also capable of etching the first hardmask layer may be used to pattern the second hardmask layer. For example, a plasma etching process can be used for this, which etches both hard mask layers and thus has an unselective effect. In any case, for etching the first hard mask layer, a second etching process also takes place, which selectively etches only the first hard mask layer but does not etch the second hard mask layer or only insignificantly. In this case, the second etching process causes undercutting of the second hard mask layer, so that a T-shaped structure is obtained. In other words, in some aspects the two hard mask layers are thus etched by one or two different selective etching processes, with the end result being a partial undercutting under the second hard mask layer in the region of the structured second hard mask layer.
In einem Aspekt kann der Ätzprozess für die erste Hartmas ke unterschiedlich selektiv sein, d . h . er ätzt die erste Hartmas ke deutlich schneller , z . B . 3 bis 5 mal so schnell wie die erste Hartmas ke . In one aspect, the etch process for the first hard mask can be differentially selective, i . H . it etches the first hard mask much faster, e.g. B. 3 to 5 times faster than the first hard mask.
Anschließend kann die strukturierte Fotomas ke durch verschiedene Verfahren wieder entfernt werden . Der Vorteil dieses Verfahrens besteht nun darin, dass die erste und zweite Hartmaskenschicht gegenüber den folgenden Verfahrensschritten im wesentlichen temperaturunabhängig bzw . gegenüber einer gewöhnlich verwendeten Fotomaske deutlich temperaturstabiler ist . Dadurch können nun auch Materialien auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge abgeschieden werden, die mit herkömmlichen fotolithografischen Verfahren nicht abgeschieden werden können . The structured photomask can then be removed again using various methods. The advantage of this method is that the first and second hard mask layers are essentially temperature-independent or is significantly more temperature-stable than a commonly used photomask. As a result, materials can now also be deposited on the surface of the semiconductor layer sequence which cannot be deposited using conventional photolithographic methods.
Durch die vorhandene Unterätzung kann zudem das nunmehr abzuscheidende Material mit einer vorgegebenen Form ausgestaltet werden . Entsprechend wird weiter vorgeschlagen, ein Material auf die strukturierte zweite Hartmaskenschicht auf zubringen, wobei das Material auch in den strukturierten Bereich und damit auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge gelangt . Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine erste und auch der wenigstens eine zweite Ätzprozess unselektiv gegenüber diesem Material . Mit anderen Worten wird das Material durch die Ätzprozesse , mit der die erste und zweite Hartmaskenschicht geätzt werden können, nicht oder kaum angegriffen . In addition, due to the existing undercutting, the material now to be deposited can be designed with a predetermined shape. Correspondingly, it is further proposed to apply a material to the structured second hard mask layer, with the material also getting into the structured area and thus onto the surface of the semiconductor layer sequence. According to the invention, the at least one first and also the at least one second etching process is non-selective with respect to this material. In other words, the material is through the etching processes, with the first and second hard mask layer can be etched, not or hardly attacked.
In einem letzten Schritt erfolgt ein Entfernen wenigstens einer der ersten oder zweiten Hartmas kenschicht mit dem wenigstens einen zweiten oder dem wenigstens einen ersten Ätzprozess . Durch diesen Ätzprozess verbleibt das vorher abgeschiedene Material auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge und die Hartmas ken können entsprechend entfernt werden . In a last step, at least one of the first or second hard mask layer is removed with the at least one second or the at least one first etching process. As a result of this etching process, the previously deposited material remains on the surface of the semiconductor layer sequence and the hard masks can be removed accordingly.
In einem Aspekt des Verfahrens erfolgt der Schritt des Abscheidens des Materials bei einer Verarbeitungstemperatur von >150 ° C und insbesondere von >250 ° C . Damit können auch Materialien auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge abgeschieden werden, die mit herkömmlichen fotolithographischen Verfahren und herkömmlich verwendeten Fotomaskenmaterialien nicht oder nur schwer aufgebracht werden können . Typische Materialien, die eine hohe Verarbeitungstemperatur von größer 200 ° bzw . sogar größer als 300 ° C erfordern können, sind Magnesiumfluorid, MgF2 , Titanoxid, TiO2 oder auch Saphir, A12O2. Strukturen, welche auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aus diesen Materialien bestehen, lassen sich auf die erfindungsgemäße vorgeschlagene Weise einfach in der gewünschten Größe und mit der gewünschten Schichtdicke erzeugen . In one aspect of the method, the step of depositing the material occurs at a processing temperature of >150°C and in particular >250°C. In this way, materials can also be deposited on the surface of the semiconductor layer sequence which cannot be applied, or can only be applied with difficulty, using conventional photolithographic methods and conventionally used photomask materials. Typical materials that require a high processing temperature of more than 200 °C or may require even greater than 300 ° C, are magnesium fluoride, MgF 2 , titanium oxide, TiO 2 or sapphire, Al 2 O 2 . Structures which consist of these materials on the surface of the semiconductor layer sequence can be easily produced in the desired size and with the desired layer thickness in the manner proposed according to the invention.
Durch die vorgenommene Unterätzung in einigen Aspekten kann sowohl die zweite Hartmas kenschicht mit dem ersten Ätzprozess als auch die erste Hartmas kenschicht mit dem wenigstens einen zweiten Ätzprozess selektiv entfernt werden . In einigen Aspekten kann dabei vorgesehen sein, den wenigstens einen zweiten Ätzprozess selektiv zu verwenden, um damit die erste Hartmaskenschicht zu entfernen, sodass sich die zweite Hartmaskenschicht und das auf der zweiten Hartmas kenschicht abgeschiedene Material abnehmen lassen . Für die j eweiligen Prozesse können sowohl nass-chemische Prozesse als auch Plasmaätzprozesse oder trockenchemische bzw . Gasphasenätzprozesse verwendet werden . Wesentlich ist dabei , dass die Prozesse untereinander selektiv sind, d . h . die beiden Hartmas kenschichten sind mit entsprechenden Materialien ausgeführt , die gegenüber dem j eweils anderen Ätzprozess inert sind, d . h . nicht oder nur unwesentlich angegriffen werden . Als Materialien eignen sich unter anderem Glas sowie verschiedene Metalle , da diese durch unterschiedliche Prozesse selektiv angegriffen werden . As a result of the undercutting that has been carried out in some aspects, both the second hard mask layer can be selectively removed using the first etching process and the first hard mask layer can be removed using the at least one second etching process. In some aspects, it can be provided that the at least one second etching process is used selectively in order to remove the first hard mask layer, so that the second hard mask layer and the material deposited on the second hard mask layer can be removed. For the respective processes, both wet-chemical processes and plasma etching processes or dry-chemical or Gas phase etching processes are used. It is essential that the processes are mutually selective, i . H . the two hard mask layers are made of appropriate materials that are inert to the respective other etching process, i .e . H . are not or only insignificantly attacked. Suitable materials include glass and various metals, since these are selectively attacked by different processes.
Ein weiterer Aspekt beschäftigt sich mit der Schichtdicke der verschiedenen Hartmas kenschichten und der daraus resultierenden Schichtdicken des abgeschiedenen Materials auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge . In einem Aspekt ist vorgesehen, dass eine Schichtdicke der ersten Hartmas kenschicht größer ist als die Hälfte der Schichtdicke des benachbarten auf der funktionellen Halbleiterschichtenfolge abgeschiedenen Materials . Dadurch wird erreicht , dass der Zwischenraum im Bereich der Unterätzung weiterhin durch ein Ätzmittel , insbesondere des ersten Ätzprozesses erreichbar ist , sodass selektiv die erste Hartmas kenschicht geätzt werden kann . Ebenso wird mit dieser Ausgestaltung bewirkt , dass auch die zweite Hartmaskenschicht durch einen entsprechenden Schritt von dem existierenden Zwischenraum in der Unterätzung her geätzt werden kann . Andernfalls ließe sich eine nicht bedeckte Oberfläche der zweiten Hartmaskenschicht nicht mehr erreichen, um dort den Ätzprozess beginnen zu können . A further aspect deals with the layer thickness of the various hard mask layers and the resulting layer thicknesses of the deposited material on the surface of the semiconductor layer sequence. In one aspect it is provided that a layer thickness of the first hard mask layer is greater than half the layer thickness of the adjacent material deposited on the functional semiconductor layer sequence. The result of this is that the intermediate space in the area of the undercutting can still be reached by an etchant, in particular of the first etching process, so that the first hard mask layer can be etched selectively. This refinement also has the effect that the second hard mask layer can also be etched by a corresponding step from the existing intermediate space in the undercut. Otherwise, an uncovered surface of the second hard mask layer could no longer be reached in order to be able to start the etching process there.
Für diesen Zweck ist in einigen Aspekten eine Unterätzung vorgesehen, sodass ein Teil der ersten Hartmas kenschicht unterhalb der zweiten Hartmaskenschicht entfernt bzw . ausgewaschen wird . Dadurch wird ein Überhang gebildet , dessen Höhe im Wesentlichen durch die Dicke der ersten Hartmas kenschicht gegeben ist . Ein derartiger Überhang kann beispielsweise mittels eines chemischen Ätzprozesses der ersten Hartmaskenschicht erfolgen, in dem das Ätzmittel selektiv das Material der ersten Hartmas kenschicht angreift und im Bereich der strukturierten zweiten Hartmas kenschicht entfernt . Die Größe des Überhangs kann dabei durch den Ätzprozess annähernd gesteuert werden . For this purpose, in some aspects, an undercut is provided such that a portion of the first hard mask layer is removed or etched below the second hard mask layer. is washed out. This forms an overhang, the height of which is essentially given by the thickness of the first hard mask layer. Such an overhang can be achieved, for example, by means of a chemical etching process of the first hard mask layer, in in which the etchant selectively attacks the material of the first hard mask layer and removes it in the region of the structured second hard mask layer. The size of the overhang can be approximately controlled by the etching process.
Bei der Verwendung eines Plasmaätzprozesses lässt sich eine Unterätzung in einigen Aspekten besser steuern, wodurch eine verbesserte Reproduzierbarkeit erreicht wird . Bei einer gerichteten Plasmaätzung als Prozess kann eine derartige Unterätzung auch entfallen, sodass sich eine mehr oder weniger senkrechte Öffnungen hinunter auf die Halbleiterschichten ergeben . When using a plasma etching process, undercutting can be better controlled in some aspects, resulting in improved reproducibility. In the case of a directed plasma etching as a process, such undercutting can also be omitted, resulting in more or less perpendicular openings down to the semiconductor layers.
In einigen Aspekten umfasst eine laterale Ausdehnung des Überhangs mindestens die Schichtdicke der ersten Hartmaskenschicht . In weiteren Aspekten kann dieser Übergang auch 1 , 5 bis zum 3 , 5- fachen der Schichtdicke betragen, insbesondere aber mehr als das Zweifache der Schichtdicke der ersten Hartmas kenschicht sein . In some aspects, a lateral extent of the overhang comprises at least the layer thickness of the first hard mask layer. In further aspects, this transition can also be 1.5 to 3.5 times the layer thickness, but in particular more than twice the layer thickness of the first hard mask layer.
Weitere Aspekte betreffen nun die Schritte des Abscheidens des Materials auf der zweiten Hartmas kenschicht und der Oberfläche der funktionellen Halbleiterschichtenfolge . Bei einem geeigneten auf geplusterten bzw . auf geschleuderten oder anderweitig abgeschiedenen Material kann gewährleistet werden, dass nach dem Schritt des Abscheidens ein Abstand zwischen einer Unterkante der zweiten Hartmas kenschicht und einer Oberfläche des auf der funktionellen Halbleiterschichten Folge abgeschiedenen Materials verbleibt . Durch diesen Abstand ist es möglich, den Hohlraum zwischen der zweiten Hartmaskenschicht und der Oberfläche der funktionellen Halbleiterschichtenfolge zu erreichen, wobei der Hohlraum teilweise mit dem Material verfüllt sein kann . Insofern verbleibt somit der Hohlraum weiterhin von außen zugänglich . Auf diese Weise wird die rückseitige Oberfläche der zweiten Hartmas kenschicht durch ein Ätzmittel erreichbar . In ähnlicher Weise kann auch die Seitenflanke der ersten Hartmas kenschicht mit einem Ätzmittel erreichbar sein . Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung und insbesondere dem weiterhin zugänglichen Hohlraum wird somit die Möglichkeit geschaffen, entweder die erste bzw . auch die zweite Hartmaskenschicht selektiv zu ätzen und damit entfernen zu können . Further aspects now relate to the steps of depositing the material on the second hard mask layer and the surface of the functional semiconductor layer sequence. With a suitable on fluffed or. on material that has been spun or deposited in some other way, it can be ensured that, after the deposition step, a distance remains between a lower edge of the second hard mask layer and a surface of the material deposited on the sequence of functional semiconductor layers. This distance makes it possible to reach the cavity between the second hard mask layer and the surface of the functional semiconductor layer sequence, it being possible for the cavity to be partially filled with the material. In this respect, the cavity remains accessible from the outside. In this way, the rear surface of the second hard mask layer becomes accessible by an etchant. In a similar way, the side flank of the first hard mask layer can also be accessible with an etchant. With the proposed Configuration and in particular the still accessible cavity is thus created the possibility of either the first or. to also etch the second hard mask layer selectively and thus to be able to remove it.
Ein weiterer Aspekt betrifft die Ausgestaltung der Unterätzung sowie das Abscheiden des Materials in der durch den ersten und zweiten Ätzprozess erzeugten Vertiefung . Dabei wird das Material in einigen Aspekten derart abgeschieden, dass es an einer Seitenkante der ersten strukturierten Hartmas kenschicht unterhalb der zweiten Hartmaskenschicht direkt angrenzt . Ein Teilbereich der Seitenkante der ersten Hartmaskenschicht kann dabei frei bleiben . Mit anderen Worten wird in der Vertiefung so viel Material abgeschieden, dass dieses in die Unterätzung hineinreicht und direkt an der Seitenkante der ersten Hartmas kenschicht gelangt . Dies erlaubt es , eine vorgegebene Struktur und auch eine vorgegebene Begrenzung des Materials auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge vorzusehen . Dennoch bleibt durch die Unterätzung die Rückseite der zweiten Hartmaskenschicht einen weiteren Schritt erreichbar . A further aspect relates to the design of the undercutting and the deposition of the material in the depression created by the first and second etching process. In some aspects, the material is deposited in such a way that it is directly adjacent to a side edge of the first structured hard mask layer below the second hard mask layer. A partial area of the side edge of the first hard mask layer can remain free in this case. In other words, so much material is deposited in the recess that it extends into the undercut and arrives directly at the side edge of the first hard mask layer. This makes it possible to provide a predetermined structure and also a predetermined delimitation of the material on the surface of the semiconductor layer sequence. Nevertheless, due to the undercutting, the rear side of the second hard mask layer remains accessible for a further step.
In einigen Aspekten erfolgt nun ein Entfernen der zweiten Hartmas kenschicht durch den wenigstens einen ersten Ätzprozess , sodass das auf der zweiten Hartmaskenschicht abgeschiedene Material mit entfernt wird . Übrig bleibt nun auf der Halbleiterschichtenfolge das auf gesputterte bzw . abgeschiedene Material sowie die erste Hartmaskenschicht . Diese kann in weiteren Schritten durch den zweiten Ätzprozesse noch selektiv entfernt werden, ohne dass dabei das aufgebrachte Material beeinträchtigt wird . In einigen Ausgestaltungen verläuft nun eine Grenzfläche des Materials nach einem Entfernen der ersten Hartmaskenschicht im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der funktionellen Halbleiterschichtenfolge . Dies ist insbesondere dann der Fall , wenn das Abscheiden des Materials zu einer direkten Angrenzung des Materials an die Seitenkante der ersten strukturierten Hartmas kenschicht geführt hat . In diesem Zusammenhang sei erwähnt , dass die Form der Grenzfläche von der Grenze der ersten Hartmas ke nach dem Unterätzen abhängt . Wenn beispielsweise die zweite Maske geöffnet wird, ohne die erste Hartmaske zumindest teilweise anzugreifen, und die erste Hartmaske dann nasschemisch geätzt wird, wird es sehr wahrscheinlich eine abfallende Flanke geben . Hingegen wird bei einem plasmachemischen ersten Ätzprozess , bei dem beide Hartmas ken angegriffen werden und einem nachfolgenden nass-chemischen Prozess eine steilere eventuell senkrechte Flanke in der Grenzfläche der ersten Hartmaske erzeugt . In some aspects, the second hard mask layer is now removed by the at least one first etching process, so that the material deposited on the second hard mask layer is also removed. What remains on the semiconductor layer sequence is the sputtered or deposited material and the first hard mask layer. This can still be selectively removed in further steps by the second etching process, without the applied material being adversely affected. In some configurations, an interface of the material now runs essentially perpendicular to the surface of the functional semiconductor layer sequence after the first hard mask layer has been removed. This is the case in particular if the deposition of the material has led to the material being directly adjacent to the side edge of the first structured hard mask layer. In this connection it should be mentioned that the shape of the interface depends on the boundary of the first hard mask after undercutting. If, for example, the second mask is opened without at least partially attacking the first hard mask, and the first hard mask is then wet-chemically etched, there will very likely be a falling edge. On the other hand, in a plasma-chemical first etching process, in which both hard masks are attacked, and in a subsequent wet-chemical process, a steeper, possibly vertical flank is produced in the interface of the first hard mask.
Alternativ kann das abgeschiedene Material auch auslaufen, d . h . mit zunehmender Entfernung vom Mittelpunkt in seiner Dicke abnehmen . Alternatively, the deposited material can also leak, d . H . decrease in thickness with increasing distance from the center.
Ein weiterer Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens betrifft die Möglichkeit , nun zusätzliche nicht gewünschte chemische Stoffe vor dem eigentlichen Abscheiden des Materials zu entfernen . Diese nicht gewünschten Stoffe sind insbesondere Oxide , welches die für das Abscheiden von Material vorgesehenen Oberflächen bedecken, oder Gase die im Material eingebettet sind . In einigen Aspekten wird somit vorgeschlagen, vor dem Schritt des Abscheidens die Halbleiterschichtenfolge mit den darauf angeordneten Hartmas kenschicht aus zuheizen, um dabei das Oxid oder auch den Sauerstoff abzulösen . A further aspect of the proposed method concerns the possibility of now removing additional undesired chemical substances before the actual deposition of the material. These undesired substances are in particular oxides which cover the surfaces intended for the deposition of material, or gases which are embedded in the material. In some aspects it is therefore proposed to heat up the semiconductor layer sequence with the hard mask layer arranged thereon before the step of deposition in order to thereby detach the oxide or also the oxygen.
Ein anderer Aspekt betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer funktionellen Halbleiterschichtenfolge , die eine Oberfläche aufweist . Auf einem Teilbereich der Halbleiterschichtenfolge ist eine Materialschicht aufgebracht , die einen ersten und einen zweiten Teilbereich umfasst . Der zweite Teilbereich umschließt dabei den ersten Teilbereich vollständig . Erfindungsgemäß zeichnet sich die vorhandene Materialschicht zum einen durch eine Verarbeitungstemperatur von höher als 200 ° und insbesondere höher als 250 ° C auf und besitzt zudem in dem zweiten Teilbereich eine mit zunehmendem Abstand vom ersten Teilbereich abnehmende Dicke . Es sei darauf hingewiesen, dass die Verarbeitungstemperatur eine Eigenschaft der Materialschicht ist und zwar derart , als dass eine Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen zu einer messbaren Änderung der qualitativen Eigenschaften der Schicht führt . Another aspect relates to a semiconductor component with a functional semiconductor layer sequence, which has a surface. A material layer, which comprises a first and a second partial region, is applied to a partial region of the semiconductor layer sequence. The second sub-area completely encloses the first sub-area. According to the invention, the existing material layer is characterized on the one hand by a processing temperature of higher than 200° and in particular higher than 250° C. and also has in the second partial area a temperature that increases with increasing distance from the first partial area decreasing thickness . It should be noted that the processing temperature is a property of the layer of material, such that processing at lower temperatures results in a measurable change in the qualitative properties of the layer.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden . Further aspects and embodiments according to the proposed principle will become apparent with reference to the various embodiments and examples that are described in detail in connection with the accompanying drawings.
Figuren 1A bis IE zeigen mehrere Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip ; FIGS. 1A to 1E show several steps of a method for producing a component according to the proposed principle;
Figur 2 zeigt einen Zwischenschritt in der Herstellung eines Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip; FIG. 2 shows an intermediate step in the production of a component according to the proposed principle;
Figuren 3A bis 3C zeigen weitere Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip ; FIGS. 3A to 3C show further steps in a method for producing a component according to the proposed principle;
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines Bauelements während des Herstellungsverfahrens zur Erläuterung einiger Prinzipien; FIG. 4 shows a section of a component during the production process to explain some principles;
Figuren 5A und 5B zeigen weitere Verfahrensschritte zur Herstellung eines Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip . FIGS. 5A and 5B show further method steps for producing a component according to the proposed principle.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu . Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben . Es versteht sich von selbst , dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird . Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf . Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auftreten können, ohne j edoch der erfinderischen Idee zu widersprechen . The following embodiments and examples show various aspects and their combinations according to the proposed principle. The embodiments and examples are not always to scale. Likewise, various elements can be enlarged or reduced in order to emphasize individual aspects. It goes without saying that the individual Aspects and features of the embodiments and examples shown in the figures can be easily combined with one another without the principle of the invention being impaired. Some aspects exhibit a regular structure or shape. It should be noted that minor deviations from the ideal shape can occur in practice, without however contradicting the inventive idea.
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt , und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein . Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden . Begriffe wie "oben" , "oberhalb" , "unten" , "unterhalb" , "größer" , "kleiner" und dergleichen werden j edoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt . So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten . In addition, the individual figures, features and aspects are not necessarily of the correct size, nor are the proportions between the individual elements necessarily correct. Some aspects and features are highlighted by enlarging them. However, terms such as "above", "above", "below", "below", "greater", "less" and the like are correctly represented with respect to the elements in the figures. It is thus possible to derive such relationships between the elements using the illustrations.
Figur 1A bis IE zeigt erste Schritte eines Verfahrens nach dem vorgeschlagenen Prinzip zur Erzeugung mehrerer Hartmas ken auf einer Schichtenfolge , die für die spätere Herstellung eines andererseits nur schwer zu verarbeitenden Materials geeignet sind . Dabei wird in einem ersten Schritt , dargestellt in Figur 1A, eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge 10 bereitgestellt . Diese kann in einigen Aspekten unterschiedliche integrierte Bauelemente umfassen und im Fall optoelektronischer Halbleiterbauelemente auch eine aktive Zone . Die Halbleiterschichtenfolge 10 ist im Fall optoelektronischer Halbleiterbauelemente beispielsweise dazu ausgebildet , Licht entlang ihrer Oberfläche hin abzustrahlen . Auf diese Oberfläche wird nun eine erste Hartmaskenschicht flächig abgeschieden . Dies kann beispielsweise durch ein auf gesputtert , auf geschleuderter oder auch mittels epitaktischer Verfahren, beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung oder anderweitig erfolgen . Als mögliche Materialien für diese erste Hartmas ke eignen sich Dielektrika oder Metalle . Wesentlich hierbei ist , dass die erste Hartmaskenschicht 11 mit einem Ätzprozess ergänzt werden kann, der selektiv gegenüber der darunterliegenden Schichtenfolge 10 ist . Die darunterliegende Schichtenfolge 10 ist somit inert gegenüber dem Ätzprozess , der die erste Hartmas kenschicht 11 ätzen kann und dafür verwendet wird . FIGS. 1A to 1E show the first steps of a method according to the proposed principle for producing a plurality of hard masks on a layer sequence, which are suitable for the subsequent production of a material which is otherwise difficult to process. In this case, a functional semiconductor layer sequence 10 is provided in a first step, illustrated in FIG. 1A. In some aspects, this can include different integrated components and, in the case of optoelectronic semiconductor components, also an active zone. In the case of optoelectronic semiconductor components, the semiconductor layer sequence 10 is designed, for example, to emit light along its surface. A first hard mask layer is then deposited areally on this surface. This can be done, for example, by a sputtered, spun-on or also by means of epitaxial methods, for example chemical vapor deposition or otherwise. Dielectrics are suitable as possible materials for this first hard mask or metals. What is essential here is that the first hard mask layer 11 can be supplemented with an etching process which is selective with respect to the layer sequence 10 underneath. The underlying layer sequence 10 is therefore inert to the etching process, which can etch the first hard mask layer 11 and is used for this purpose.
Mit anderen Worten können so Teilbereiche der ersten Hartmaskenschicht 11 entfernt werden, ohne dass während des Ätzprozesses die darunterliegende Schichtenfolge 10 angegriffen wird . In other words, partial areas of the first hard mask layer 11 can thus be removed without the underlying layer sequence 10 being attacked during the etching process.
In einem zweiten Schritt gemäß Figur 1B wird nun eine zweite Hartmas kenschicht 12 flächig auf die erste Hartmaskenschicht 11 abgeschieden . Die zweite Hartmas kenschicht zeichnet sich wiederum dadurch aus , dass sie aus einem unterschiedlichen Material gegenüber der ersten Hartmaskenschicht 11 besteht . Zudem ist die Hartmas kenschicht 12 mit einem Material gebildet , welches gegenüber dem ersten Ätzprozess inert ist und wiederum durch einen zweiten Prozess geätzt werden kann, der unselektiv gegenüber der ersten Hartmaskenschicht 11 ist . Mit anderen Worten wird für die zweite Hartmas kenschicht 12 ein Material verwendet , welches durch wenigstens einen Ätzprozess ergänzt werden kann, der die darunterliegende erste Hartmaskenschicht 11 nicht angreift . Als Material für die zweite Hartmas kenschicht 12 kommen auch hier Metalle bzw . Dielektrika infrage , da sich diese durch eine hohe Resistenz gegenüber größeren Verarbeitungstemperaturen aus zeichnen . In a second step according to FIG. 1B, a second hard mask layer 12 is deposited over the surface of the first hard mask layer 11 . The second hard mask layer is in turn distinguished by the fact that it consists of a different material than the first hard mask layer 11 . In addition, the hard mask layer 12 is formed with a material which is inert to the first etching process and can in turn be etched by a second process which is non-selective to the first hard mask layer 11 . In other words, a material is used for the second hard mask layer 12 that can be supplemented by at least one etching process that does not attack the underlying first hard mask layer 11 . Here, too, metals or Dielectrics in question, since these are characterized by a high resistance to higher processing temperatures.
Die in der Teilfigur 1B dargestellten Größenverhältnisse sind nicht zwingend maßstabsgerecht . Beispielsweise kann die Dicke der ersten und zweiten Hartmaskenschicht 11 und 12 gleich groß , aber auch unterschiedlich groß gewählt sein . Die Dicke der ersten Hartmas kenschicht 11 ist in gewisser Weise von der späteren gewünschten Dicke des abzuscheidenden Materials abhängig , wie dies im Folgenden noch näher erläutert wird . Daneben spielt auch das Aspektverhältnis , d . h . die Größe einer Öffnung gegenüber der dicke der ersten und zweiten Hartmaske eine Rolle The proportions shown in sub-figure 1B are not necessarily true to scale. For example, the thickness of the first and second hard mask layers 11 and 12 can be chosen to be the same, but also different. The thickness of the first hard mask layer 11 is dependent to a certain extent on the subsequently desired thickness of the material to be deposited, as will be explained in more detail below. Besides also plays the aspect ratio , i . H . the size of an opening versus the thickness of the first and second hard masks matters
In einem nächsten Verfahrensschritt , dargestellt in Figur IC wird nun das Material einer Fotomas ke 13 flächig auf die zweite Hartmas kenschicht 12 aufgebracht . Das Material der Fotomas ke , sowie das Abscheiden und spätere strukturierte Verfahren ist herkömmlicher Natur und dem Stand der Technik bereits bekannt und kann insbesondere organischer Natur sein . In a next method step, shown in FIG. 1C, the material of a photomask 13 is now applied over the entire surface of the second hard mask layer 12 . The material of the photomask, as well as the deposition and later structured method, is of a conventional nature and is already known in the state of the art and can in particular be of an organic nature.
In Teilfigur ID wird nun die Fotomaske 13 strukturiert und so eine strukturierte Fotomas ke 130 gebildet . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden hierzu Teilbereiche der Fotomas ke entfernt , sodass die Oberfläche der darunterliegenden zweiten Hartmas kenschicht teilweise freiliegt . Dieser Vorgang kann wie bereits im Stand der Technik mehrfach beschrieben erfolgen . Photomask 13 is now structured in subfigure ID, and a structured photomask 130 is thus formed. In the present exemplary embodiment, partial areas of the photomask are removed for this purpose, so that the surface of the underlying second hard mask layer is partially exposed. This process can take place as has already been described several times in the prior art.
In einem anschließenden Schritt in Figur IE dargestellt wird nun ein erster Ätzprozess durchgeführt , bei dem die freiliegenden Bereiche der zweiten Hartmaskenschicht entfernt werden . Durch den selektiven ersten Ätzprozess erfolgt das Entfernen von Teilen der Hartmas kenschicht 12 bis zur Oberfläche der ersten Hartmas kenschicht 11 hinweg . Darüber hinaus kommt es durch den verwendeten ersten Ätzprozess wie in der Figur IE gezeigt zu einer leichten Unterätzung unter die Fotomaske 130 . Eine Unterätzung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass wie dargestellt auch Material der zweiten Hartmaskenschicht geätzt wird, welches sich unterhalb der strukturierten Fotomas ke 130 befindet . Mit anderen Worten wächst somit der Durchmesser der in der zweiten Hartmaskenschicht 12 gebildeten Öffnung leicht an . Dies ist dem verwendeten ersten Ätzprozess geschuldet , im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen nass-chemischen Prozess dargestellt . Wird hingegen ein anderer Ätzprozess beispielsweise ein Plasmaätzprozess verwendet , würde dieser zu einer geringeren bzw . nicht vorhandenen Unterätzung führen, sodass sich das einstellende Ergebnis besser kontrollierbar ist . In einem folgenden zweiten Ätzprozess dargestellt in Figur 2 wird nun die erste Hartmaskenschicht strukturiert , indem der Bereich der ersten Hartmaskenschicht angrenzend zu dem strukturierten Bereich der zweiten bereits strukturierten Hartmaskenschicht 120 entfernt wird . Auf diese Weise wird eine erste strukturierte Hartmas kenschicht 110 gebildet . Auch dieser Schritt erfolgte mit einem Ätzprozess , der j edoch gegenüber der zweiten Hartmas kenschicht 120 , und auch der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 10 nicht selektiv ist und somit die zweite Hartmas kenschicht 120 und die Schichtenfolge 10 nicht angreift . Hartmas kenschicht 120 und Schichtenfolge 10 sind gegenüber diesem Ätzprozess inert . Wie dargestellt erfolgt der Ätzprozess derart , dass nicht nur die Oberfläche 101 Halbleiterschichtenfolge 10 freigelegt wird, sondern darüber hinaus auch noch eine Unterätzung unter die zweite Hartmaskenschicht 120 in benachbarte Bereiche 102 stattfindet . Diese Bereiche bilden somit einen Überhang bzw . spätere Zwischenräume aus . Basierend auf Höhe h der ersten Hartmaskenschicht 110 kann der Überhang und damit die tiefe d eine Funktion des verwendeten Ätzprozesses beispielsweise der Konzentration des Stoffes sein . In a subsequent step shown in FIG. 1E, a first etching process is now carried out, in which the uncovered areas of the second hard mask layer are removed. The selective first etching process removes parts of the hard mask layer 12 down to the surface of the first hard mask layer 11 . In addition, as shown in FIG. 1E, the first etching process used results in a slight undercutting under the photomask 130 . In this context, undercutting means that, as shown, material of the second hard mask layer that is located below the structured photomask 130 is also etched. In other words, the diameter of the opening formed in the second hard mask layer 12 thus increases slightly. This is due to the first etching process used, represented by a wet-chemical process in the present exemplary embodiment. If, on the other hand, another etching process is used, for example a plasma etching process, this would lead to a lower or non-existent underetching, so that the result that is set is better controllable. In a subsequent second etching process shown in FIG. 2, the first hard mask layer is now structured by removing the area of the first hard mask layer adjoining the structured area of the second already structured hard mask layer 120 . In this way, a first structured hard mask layer 110 is formed. This step was also carried out with an etching process which, however, is not selective with respect to the second hard mask layer 120 and also the surface of the semiconductor layer sequence 10 and thus does not attack the second hard mask layer 120 and the layer sequence 10 . Hard mask layer 120 and layer sequence 10 are inert to this etching process. As shown, the etching process takes place in such a way that not only is the surface 101 of the semiconductor layer sequence 10 uncovered, but undercutting underneath the second hard mask layer 120 in adjacent regions 102 also takes place. These areas thus form an overhang or later spaces from . Based on the height h of the first hard mask layer 110, the overhang and thus the depth d can be a function of the etching process used, for example the concentration of the substance.
Auch hier kann durch eine Veränderung der Parameter des Ätzprozesses oder ein anderer Ätzprozess beispielsweise ein Plasmaätzen oder ein trockenchemisches Ätzen einerseits der Überhang gesteuert und damit die entstehende Vertiefung kontrolliert werden . Here too, by changing the parameters of the etching process or using another etching process, for example plasma etching or dry chemical etching, the overhang can be controlled on the one hand and the resulting depression can thus be checked.
Figuren 3A bis 3C zeigen die nächsten Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens . In Figur 3A wird die Fotomas ke 130 entfernt , sodass die Oberfläche 121 der zweiten Hartmaskenschicht 120 freigelegt wird . Alternativ kann das Entfernen der Fotomas ke 130 auch vor dem Schritt des Strukturierens der ersten Hartmaskenschicht 110 erfolgen . Dies ist möglich, da der verwendete Ätzprozess für die Strukturierung der Hartmas kenschicht 110 die bereits strukturierte zweite Hartmas kenschicht 120 nicht angreift . Anschließend wird das Material 14 abgeschieden . Wie dargestellt erfolgt das Abscheiden des Materials 14 isotrop, d . h . möglichst gleichmäßig über den ganzen Bereich . Entsprechend lagert sich das Material 14 sowohl an der Oberseite 121 der zweiten Hartmas kenschicht 120 ab , als auch auf der Oberseite 101 der freigelegt funktionellen Schichtenfolge 10 und an den Seitenrändern der zweiten Hartmas kenschicht . Dort bildet es den Überhang 143 . Das Aufsputtern des Materials 14 erfolgt gleichmäßig, sodass sich ein Teil des Materials in der durch die vorangegangenen Strukturierungsschritte erzeugten Öffnung ablagert . Dort bildet es eine mehr oder weniger planparallele Oberfläche mit der Höhe H . Zu erkennen ist j edoch, dass zum Rand hin, d . h . zu der Seitenkante der Hartmas kenschicht 120 , die Höhe H geringer wird, wobei die Dicke des abgeschiedenen Materials auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 10 bereits noch innerhalb der Öffnung beginnt und sich über die Kante der zweiten Hartmaskenschicht 120 hinweg fortsetzt . FIGS. 3A to 3C show the next steps of the proposed method. In FIG. 3A, the photomask 130 is removed so that the surface 121 of the second hard mask layer 120 is exposed. Alternatively, the photomask 130 can also be removed before the step of patterning the first hard mask layer 110 . This is possible because the etching process used for structuring the hard mask layer 110 does not attack the already structured second hard mask layer 120 . The material 14 is then deposited. As shown, the material 14 is deposited isotropically, i . H . as evenly as possible over the entire area . Correspondingly, the material 14 is deposited both on the upper side 121 of the second hard mask layer 120 and on the upper side 101 of the exposed functional layer sequence 10 and on the side edges of the second hard mask layer. There it forms the overhang 143 . The material 14 is sputtered on uniformly, so that part of the material is deposited in the opening created by the previous structuring steps. There it forms a more or less plane-parallel surface with the height H . However, it can be seen that towards the edge, d. H . to the side edge of the hard mask layer 120, the height H decreases, the thickness of the deposited material on the surface of the semiconductor layer sequence 10 already beginning within the opening and continuing over the edge of the second hard mask layer 120.
Ein Teil des abgeschiedenen Materials gelangt somit unter den Überhang und lagert sich dort ab . Die Materialmenge ist j edoch so gewählt , dass zwischen der Oberseite des Materials 14 auf der Halbleiterschichtenfolge 10 und der unteren Seitenkante der zweiten Hartmas kenschicht 120 , ein Spalt verbleibt , sodass der durch den Überhang gebildete Zwischenraum 102 weiterhin zugänglich ist . Dies ist erforderlich, da andernfalls das Ätzmittel für die zweite Hartmaskenschicht 120 oder auch für die erste Hartmas kenschicht 110 nicht mehr angreifen kann und ein Ablösen der Hartmaskenschichten 120 bzw . 110 dadurch nicht mehr möglich ist . Part of the separated material thus gets under the overhang and is deposited there. However, the amount of material is selected such that a gap remains between the upper side of the material 14 on the semiconductor layer sequence 10 and the lower side edge of the second hard mask layer 120 so that the intermediate space 102 formed by the overhang is still accessible. This is necessary because otherwise the etchant for the second hard mask layer 120 or for the first hard mask layer 110 can no longer attack and detachment of the hard mask layers 120 or 110 is no longer possible as a result.
Der Abfall der Schichtdicke des auf der Oberfläche 101 abgeschiedenen Materials ist unter anderem von der Größe der Öffnung in der zweiten strukturierten Hartmas kenschicht 120 abhängig . Zusätzlich ist erkennbar, dass der Abstand zwischen der zweiten Hartmas kenschicht 120 und dem Material auf der Oberfläche von der Schichtdicke H insgesamt abhängt . Bei einer zunehmenden Schichtdicke H wird auch dieser Abstand geringer . Als Daumenregel hat sich dabei erwiesen, die Dicke h der ersten Hartmaskenschicht 110 so zu wählen, dass sie mindestens die Hälfte der gewünschten Schichtdicke H des abgeschiedenen Materials entspricht . Dadurch wird gewährleistet , dass der in Figur 3B dargestellte Spalt verbleibt und damit der Zugang unter den Überhang möglich ist . The drop in the layer thickness of the material deposited on the surface 101 depends, among other things, on the size of the opening in the second structured hard mask layer 120 . In addition, it can be seen that the distance between the second hard mask layer 120 and the material on the surface depends on the layer thickness H overall. With an increasing layer thickness H, this distance also decreases. The rule of thumb has proven to be to select the thickness h of the first hard mask layer 110 in such a way that it corresponds to at least half the desired layer thickness H of the deposited material. This ensures that the gap shown in FIG. 3B remains and access under the overhang is therefore possible.
Darüber hinaus ist auch die Länge d des Überhangs und damit des Zwischenraum 102 von Bedeutung . Im vorgesehenen Ausführungsbeispiel ist die Länge d so gewählt , dass das auf der Oberfläche 101 der Schichtenfolge 10 abgeschiedene Material lediglich einen Teilbereich der Oberfläche unterhalb des Überhangs bedeckt . Die laterale Ausdehnung des Überhangs kann somit geeignet gewählt werden, damit zum einen die Seitenkante des ersten Hartmas kenschicht 110 von Material frei bleibt , sodass hier der Ätzprozess ansetzen kann . In addition, the length d of the overhang and thus of the intermediate space 102 is also important. In the exemplary embodiment provided, the length d is selected in such a way that the material deposited on the surface 101 of the layer sequence 10 covers only a partial area of the surface below the overhang. The lateral extent of the overhang can thus be suitably selected so that on the one hand the side edge of the first hard mask layer 110 remains free of material, so that the etching process can start here.
In Figur 3C ist schließlich der Zustand des erfindungsgemäßen Bauelements gezeigt , nachdem die zweite Hartmaskenschicht 120 durch den ersten Ätzprozess vollständig entfernt wurde . Aufgrund der Selektivität greift der erste Ätzprozess lediglich die Hartmas kenschicht 120 , nicht j edoch die Hartmas kenschicht 110 , die Halbleiterschichtenfolge 10 oder das abgeschiedene Material 14 an . Finally, FIG. 3C shows the state of the component according to the invention after the second hard mask layer 120 has been completely removed by the first etching process. Because of the selectivity, the first etching process only attacks the hard mask layer 120 but not the hard mask layer 110 , the semiconductor layer sequence 10 or the deposited material 14 .
Das abgeschiedene Material 14 bildet nun eine im wesentlichen planparallele Oberfläche 141 in einem ersten Teilbereich 140 ? aus . Dieser erste Teilbereich ist von einem zweiten Teilbereich 142 umschlossen, dessen Dicke mit zunehmender Entfernung vom ersten Teilbereich stetig abnimmt . Dieses Verhalten kann durch das auf gesputterte und aufgebrachte Material sowie die verschiedenen Prozessparameter gesteuert werden . The deposited material 14 now forms an essentially plane-parallel surface 141 in a first partial area 140? out of . This first sub-area is surrounded by a second sub-area 142, the thickness of which steadily decreases with increasing distance from the first sub-area. This behavior can be controlled by the material sputtered and deposited as well as the various process parameters.
Figur 4 und 5 zeigen diesbezüglich ein Ausführungsbeispiel , bei der der Überhang entsprechend kleiner ausfällt . In Figur 4 ist der Zustand nach dem Abscheiden des Materials 14 dargestellt . Wie bereits beschrieben ist das Material 14 sowohl auf der Oberseite der zweiten Hartmas kenschicht und dessen Seitenkante als auch als Material 15 auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 10 aufgebracht . In den vorangegangenen Prozessschritten wurde j edoch eine Strukturierung der ersten und der zweiten strukturierten Hartmaskenschicht 110 bzw . 120 derart vorgenommen, dass der resultierende Übergang in seiner lateralen Abmessung im Wesentlichen der Höhe h der ersten strukturierten Hartmas kenschicht 110 entspricht . Bei einem gleichmäßigen auf gesputterten Material 14 auf die Oberfläche führt dies dazu, dass sich Material im Teilbereich 142 an der Seitenkante der ersten Hartmaskenschicht 110 ansammelt . In this regard, FIGS. 4 and 5 show an exemplary embodiment in which the overhang is correspondingly smaller. FIG. 4 shows the state after the material 14 has been deposited. As already described, the material 14 is applied both to the upper side of the second hard mask layer and its side edge and as material 15 to the surface of the semiconductor layer sequence 10 . In the previous process steps, however, a structuring of the first and the second structured hard mask layer 110 or 120 is made in such a way that the resulting transition essentially corresponds to the height h of the first structured hard mask layer 110 in terms of its lateral dimension. With an evenly sputtered material 14 onto the surface, this leads to material accumulating in the partial region 142 at the side edge of the first hard mask layer 110 .
Im Gegensatz zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel besitzt dieser Teilbereich 142 nun keine stetig abfallende Dicke mehr, sondern diese nimmt erst etwas ab und bleibt dann konstant bis sie mit einer geringeren Dicke , an die Seitenkante dieser Hartmas kenschicht angrenzt . Auf diese Weise lässt sich eine definierte Grenzfläche des abgeschiedenen Materials auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 10 erreichen . Zudem kann auch der Dickenabfall des Materials über die gesamte laterale Ausdehnung besser bestimmt und kontrolliert werden . Die Figuren 5A und 5B zeigen nun die weiteren Prozessschritte in einem derartigen Ausführungsbeispiel . In contrast to the previous exemplary embodiment, this partial area 142 no longer has a steadily decreasing thickness, but this first decreases somewhat and then remains constant until it is a smaller thickness, bordering on the side edge of this hard mask layer. In this way, a defined interface of the deposited material can be achieved on the upper side of the semiconductor layer sequence 10 . In addition, the decrease in thickness of the material over the entire lateral extent can be better determined and controlled. FIGS. 5A and 5B now show the further process steps in such an exemplary embodiment.
In einem ersten Schritt wird durch den ersten Ätzprozess die zweite Hartmaskenschicht 120 und das darauf abgeschiedene Material 14 vollständig entfernt . Damit liegt die Oberfläche der ersten Hartmas kenschicht 110 frei . Wenn, wie in einigen Ausführungsbeispielen möglich die erste Hartmas kenschicht 110 zudem auch als isolierende Grenzschicht und als Schutzschicht verwendbar ist , kann diese auf der Oberfläche der funktionellen Halbleiterschichtenfolge 10 verbleiben . Alternativ ist es wie in Figur 5B dargestellt auch möglich, in einem weiteren zweiten Ätzprozess die erste strukturierte Maske 110 vollständig zu entfernen . Damit verbleibt lediglich das durch den ersten und zweiten Ätzprozesse nicht angreifbare Material an der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 10 , wobei die Grenzfläche dieses Materials zum einen fest definiert und zum anderen im Wesentlichen senkrecht verläuft oder der vorangegangenen Form der ersten Hartmaskenschicht folgt . In a first step, the second hard mask layer 120 and the material 14 deposited thereon are completely removed by the first etching process. The surface of the first hard mask layer 110 is thus exposed. If, as is possible in some exemplary embodiments, the first hard mask layer 110 can also be used as an insulating boundary layer and as a protective layer, it can remain on the surface of the functional semiconductor layer sequence 10 . Alternatively, as shown in FIG. 5B, it is also possible to completely remove the first structured mask 110 in a further second etching process. This leaves only the first and material that cannot be attacked by the second etching process on the surface of the semiconductor layer sequence 10 , the boundary surface of this material being firmly defined on the one hand and running essentially perpendicularly on the other or following the previous shape of the first hard mask layer.
Durch die Verwendung anorganischer Materialien als erste und zweite Hartmas kenschichten wird es möglich, höhere Verarbeitungstemperaturen für auf der Oberfläche abzuscheidende Materialien zu erreichen . Zudem können Materialien verwendet werden, die sich selektiv ätzen lassen, sodass auch ein selektives Strukturieren und Entfernen der einzelnen Hartmas kenschicht nach dem Abscheiden des aufgebrachten Materials möglich bleibt . Die Verwendung anorganischer Materialien erlaubt es zudem Hochtemperaturausheilungsprozesse bzw . Veraschungsprozesse vor dem Abscheiden des Materials vorzunehmen, ohne dabei die einzelnen Mas ken zu beschädigen . Beispielsweise lässt sich auf diese Weise Sauerstoff von der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge entfernen, bevor Materialien auf vorher oxidierten Oberflächen ausgebildet werden . By using inorganic materials as the first and second hard mask layers, it becomes possible to achieve higher processing temperatures for materials to be deposited on the surface. In addition, materials can be used that can be etched selectively, so that selective structuring and removal of the individual hard mask layer remains possible after the deposited material has been deposited. The use of inorganic materials also allows high-temperature annealing processes or Carry out ashing processes before separating the material without damaging the individual masks. In this way, for example, oxygen can be removed from the surface of the semiconductor layer sequence before materials are formed on previously oxidized surfaces.
Als Materialien für die unterschiedlichen Hartmas kenschichten kommen beispielsweise Siliziumdioxid, Aluminium, Silber oder andere Metalle infrage . Diese lassen sich selektiv nass-chemisch aber auch trocken-chemisch oder durch Plasmaätzen voneinander entfernen . Mit Vorteil kann sich ein Material der Hartmaskenschichten von verschiedenen Ätzprozessen selektiv ätzen, so dass es eine umfangreiche Auswahl möglicher Ätzprozesse gibt . Auf diese Weise sind auch Materialien abscheidbar, die besonders hohe Verarbeitungstemperaturen benötigen . Ebenso können Materialien zum Abscheiden auf die Schichtenfolge benutzt werden, die sich mechanisch nur schwer entfernen lassen , bzw . gegenüber herkömmlichen Ätzprozessen kaum angreifbar sind . Ein Beispiel hierfür Magnesiumfluorid MgF2 , welche von einer Verarbeitungstemperatur von 300 ° profitieren kann . Zudem lässt sich man Magnesiumfluorid nur sehr schwer durch Prozesse entfernen, ohne dass darunterliegende Schichten bzw . benachbarte Schichten mit angegriffen werden . Die Verwendung mehrerer Hartmas kenschichten, die zudem unempfindlich gegen die Verarbeitungstemperatur sind, erlauben es auch derartige Materialien auf den Oberflächen mit hoher Qualität aufbringen zu können . Examples of materials that can be used for the different hard mask layers are silicon dioxide, aluminum, silver or other metals. These can be selectively removed from one another wet-chemically, but also dry-chemically or by plasma etching. A material of the hard mask layers can advantageously be etched selectively by different etching processes, so that there is an extensive selection of possible etching processes. Materials that require particularly high processing temperatures can also be deposited in this way. Likewise, materials can be used for depositing on the layer sequence that are difficult to remove mechanically, or are hardly vulnerable compared to conventional etching processes. An example of this is magnesium fluoride MgF 2 , which can benefit from a processing temperature of 300°. In addition, magnesium fluoride is very difficult to remove by processes without that underlying layers or neighboring layers are also attacked. The use of several hard mask layers, which are also insensitive to the processing temperature, also allow such materials to be applied to the surfaces with high quality.
Neben den hier dargestellten Prozess mit zwei Hartmas kenschichten sind auch weitere Hartmas kenschichten aus verschiedenen Metallen möglich . Wesentlich ist , dass zwei benachbarte Hartmas- kenschichten dabei lediglich mit unterschiedlichen Prozessen geätzt werden können, um eine unbeabsichtigte Beschädigung zu vermeiden . Eine derartige Schichtenfolge kann sich auch abwechseln, sodass mehrere Maskenschichten von sich periodisch abwechselnden Materialien erst aufgebracht und anschließend strukturiert werden . In addition to the process shown here with two hard mask layers, other hard mask layers made of different metals are also possible. It is essential that two adjacent hard mask layers can only be etched using different processes in order to avoid unintentional damage. Such a layer sequence can also alternate, so that a plurality of mask layers of periodically alternating materials are first applied and then structured.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
10 Halbleiterschichtenfolge 10 semiconductor layer sequence
11 erste Hartmas kenschicht 12 zweite Hartmaskenschicht 11 first hard mask layer 12 second hard mask layer
13 Photolackschicht 13 photoresist layer
14 , 15 Material 14, 15 material
101 , 121 Oberfläche 101, 121 surface
102 Überhang, Hohlraum 102 overhang, cavity
110 erste strukturierte Hartmas kenschicht110 first structured hard mask layer
120 zweite strukturierte Hartmaskenschicht120 second patterned hardmask layer
122 Überhang 122 overhang
130 strukturierte Photolackschicht 140 Oberfläche 130 structured photoresist layer 140 surface
141 erster Teilbereich 141 first section
142 zweiter Teilbereich 142 second section

Claims

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PATENTANS PRÜCHE Verfahren zum Erzeugen eines Bauelements , umfassend die Schritte : PATENT CLAIMS Process for producing a component, comprising the steps:
- Bereitstellen einer funktionellen Halbleiterschichtenfolge auf einem Trägersubstrat ; - providing a functional semiconductor layer sequence on a carrier substrate;
- Aufbringen einer ersten Hartmaskenschicht auf der funktionellen Schichtenfolge ; - Application of a first hard mask layer on the functional layer sequence;
- Aufbringen einer zweiten Hartmas kenschicht auf der ersten Hartmas kenschicht , wobei optional die zweite Hartmas kenschicht mit wenigstens einem ersten Ätzprozess selektiv gegenüber der ersten Hartmaskenschicht ätzbar ist ; - Application of a second hard mask layer on the first hard mask layer, wherein the second hard mask layer can optionally be etched with at least one first etching process selectively with respect to the first hard mask layer;
- Aufbringen einer strukturierten Photomas ke auf die zweite Hartmas kenschicht ; - applying a structured photomask to the second hard mask layer;
- Strukturieren der zweiten Hartmaskenschicht mit dem wenigsten einen ersten Ätzprozess ; - structuring of the second hard mask layer with the at least one first etching process;
- Strukturieren der ersten Hartmas kenschicht mit wenigstens einem zweiten Ätzprozess , der nicht selektiv gegenüber der zweiten Hartmaskenschicht ist ; wobei der zweite Ätzprozess eine Unterätzung der zweiten Hartmas kenschicht bewirkt ;- structuring of the first hard mask layer with at least one second etching process which is not selective with respect to the second hard mask layer; wherein the second etching process causes an undercut of the second hard mask layer;
- Entfernen der strukturierten Photomaske ; - Removal of the structured photomask;
- Abscheiden eines Materials auf die strukturierte zweite Hartmas ke , wobei das Material nicht oder nur unwesentlich von dem wenigstens einen zweiten Ätzprozess und/oder dem wenigsten einen ersten Ätzprozess angegriffen wird; - Deposition of a material on the structured second hard mask ke, wherein the material is not or only slightly attacked by the at least one second etching process and/or the at least one first etching process;
- Entfernen wenigstens einer der ersten oder zweiten Hartmas ke mit dem wenigsten einen zweiten oder dem wenigsten einen ersten Ätzprozess . Verfahren nach Anspruch 1 , bei welcher der Schritt des Abscheidens des Materials bei einer Temperatur von größer als 150 ° C und insbesondere größer als 250 ° C erfolgt . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2 , bei dem der wenigstens eine erste Ätzprozess ein nass-chemischer Ätzprozess oder ein Plasmaätzprozess ist . - Removing at least one of the first or second hard mask with the at least one second or the at least one first etching process. A method according to claim 1, wherein the step of depositing the material occurs at a temperature greater than 150°C, more preferably greater than 250°C. Method according to one of claims 1 to 2, in which the at least one first etching process is a wet-chemical etching process or a plasma etching process.
4 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem der zweite Ätzprozess ein nass-chemischer oder ein gaspha- sen-Ätzprozess ist . 4 . Method according to one of the preceding claims, in which the second etching process is a wet-chemical or a gas-phase etching process.
5 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem eine Schichtdicke der ersten Hartmas ke größer ist als die Hälfte einer Schichtdicke des benachbarten auf der funktionellen Halbleiterschichtenfolge abgeschiedenen Materials . 5 . Method according to one of the preceding claims, in which a layer thickness of the first hard mask is greater than half a layer thickness of the adjacent material deposited on the functional semiconductor layer sequence.
6 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem während des Strukturierens der ersten Hartmas kenschicht ein Teil der ersten Hartmas ke unterhalb der zweiten Hartmaske entfernt wird, so dass ein Überhang gebildet wird . 6 . Method according to one of the preceding claims, in which part of the first hard mask is removed below the second hard mask during the structuring of the first hard mask layer, so that an overhang is formed.
7 . Verfahren nach Anspruch 6 , wobei eine laterale Ausdehnung des Überhangs mindestens der Schichtdicke der ersten Hartmas ke entspricht , insbesondere mindestens dem 1 , 5 bis 3 , 5 - fachen der Schichtdicke entspricht und insbesondere mehr als dem 2-fachen der Schichtdicke der ersten Hartmas ke entspricht . 7 . Method according to claim 6, wherein a lateral extension of the overhang corresponds to at least the layer thickness of the first hard mask, in particular at least 1.5 to 3.5 times the layer thickness and in particular more than twice the layer thickness of the first hard mask .
8 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem nach dem Schritt des Abscheidens des Materials ein Abstand zwischen einer Unterkante der zweiten Hartmaske und einer Oberfläche des auf der funktionellen Halbleiterschichtenfolge abgeschiedenen Materials verbleibt . 8th . Method according to one of the preceding claims, in which, after the step of depositing the material, a distance remains between a lower edge of the second hard mask and a surface of the material deposited on the functional semiconductor layer sequence.
9 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem nach dem Schritt des Abscheidens des Materials ein von außen zugänglicher Hohlraum zwischen der zweiten Hartmaske und der Oberfläche der funktionellen Halbleiterschichtenfolge verbleibt , der insbesondere teilweise mit dem Material verfüllt sein kann . 9 . Method according to one of the preceding claims, in which, after the step of depositing the material, an externally accessible cavity remains between the second hard mask and the surface of the functional semiconductor layer sequence, which cavity can in particular be partially filled with the material.
10 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Abscheiden eines Materials auf die strukturierte zweite Hartmas ke umfasst : - Abscheiden des Materials derart , dass es an einer Seitenkante der ersten strukturierten Hartmaske , insbesondere unterhalb der zweiten Hartmas ke , direkt angrenzt , wobei zumindest ein Teilbereich der Seitenkante frei bleibt . 1 . Verfahren nach Anspruch 10 , bei dem eine Grenzfläche des Materials nach einem Entfernen der ersten Hartmaske im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der funktionellen Halbleiterschichtenfolge verläuft . 2 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , weiter umfassend ein Ausheizen vor dem Schritt des Abscheidens , so dass insbesondere ein Oxid oder Sauerstoff von einer für das Abscheiden von Material vorgesehenen Oberfläche entfernt wird . 3 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei dem das Entfernen wenigstens einer der ersten oder zweiten Hartmas ke ein Ätzen der ersten Hartmaske umfasst , so dass die zweite Hartmaske abgelöst wird . 4 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei das Entfernen der strukturierten Photomas ke vor dem Schritt des Strukturierens der ersten Hartmas kenschicht durchgeführt wird . 10 . Method according to one of the preceding claims, in which the depositing of a material onto the structured second hard mask comprises: - Deposition of the material in such a way that it is directly adjacent to a side edge of the first structured hard mask, in particular below the second hard mask, with at least a partial area of the side edge remaining free. 1 . Method according to Claim 10, in which an interface of the material runs essentially perpendicularly to the surface of the functional semiconductor layer sequence after removal of the first hard mask. 2 . Method according to one of the preceding claims , further comprising an annealing before the step of depositing , so that in particular an oxide or oxygen is removed from a surface provided for the depositing of material . 3 . Method according to one of the preceding claims, in which the removing of at least one of the first and second hard masks comprises etching the first hard mask so that the second hard mask is detached. 4 . Method according to one of the preceding claims, wherein the removal of the structured photomask is carried out before the step of structuring the first hardmask layer.
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