DE19938072A1

DE19938072A1 - Verfahren zum selbstjustierenden Herstellen von zusätzlichen Strukturen auf Substraten mit vorhandenen ersten Strukturen

Info

Publication number: DE19938072A1
Application number: DE19938072A
Authority: DE
Inventors: Peter Friedrichs; Reinhold Schoerner; Dethard Peters
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2000-03-16

Abstract

Das Verfahren dient zum selbstjustierenden Herstellen von zweiten Strukturen auf einem Substrat, das an seiner ersten Oberfläche erste Strukturen (3) aufweist. Um einfach und kostengünstig selbstjustierende Strukturen auf der Oberfläche eines Substrats schaffen zu können, die präzise in bezug auf vorhandene Strukturen orientiert sind, tritt das Licht bei dem Belichten erst durch das Substrat (1) und trifft anschließend auf die Resistschicht (4), wobei das Licht eine Wellenlänge hat, bei der das Substrat (1) lichtdurchlässig ist und die ersten Strukturen (3) auf der Oberfläche (2) des Substrats (1) lichtundurchlässig sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbst justierenden Herstellen von zweiten Strukturen auf einem Substrat, das an seiner ersten Oberfläche erste Strukturen aufweist, wobei die zweiten Strukturen in Abhängigkeit von der Anordnung der ersten Strukturen angeordnet werden, das mindestens die Schritte umfaßt: Aufbringen einer Resist schicht auf der Oberfläche des Substrats, Belichten der Resistschicht in vorgegebenen Bereichen, so daß sich die Beschaffenheit der Resistschicht in den vorgegebenen Berei chen ändert, Entfernen der Resistschicht innerhalb der vor gegebenen Bereiche, Bearbeiten der Oberfläche des Substrats mit den ersten Strukturen in den vorgegebenen Bereichen, so daß sich die zweiten Strukturen ergeben. Ein solches photo lithographisches Verfahren ist insbesondere anwendbar auf die Herstellung von Halbleiterbauelementen, es findet aber ebenso gut Anwendung bei der Herstellung von mikrooptischen oder mikromechanischen Bauteilen.

Selbstjustierende Techniken haben bei der Herstellung von Bauelementen und insbesondere Halbleiterbauelementen eine große Bedeutung, weil man damit eine einmal auf dem Substrat bestehende Struktur präzise und maßgenau auf die nächste übertragen kann. Solche Strukturen können z. B. dielektrische, halbleitende oder metallische Dünnschichten oder implantierte Halbleitergebiete sein. Selbstjustierung spart nicht nur teu re, zeitaufwendige Lithographieschritte, sondern ermöglicht auch höhere Präzision, Reproduzierbarkeit und Prozeßsicher heit.

Ein typisches Problem, das bei der Herstellung mikroelektro nischer, mikromechanischer und mikrooptischer Bauelemente häufig auftritt, ist das folgende: Auf dem Substrat sei eine erste Struktur vorhanden. Im nächstfolgenden Prozeßschritt soll eine zweite Struktur eingeprägt oder aufgebracht werden. Die zweite Struktur kann sich von der ersten Struktur darin unterscheiden, daß ihre Kanten von der ersten Struktur einen definierten konstanten Abstand haben; die zweite Struktur kann aber ebenso gut zu der ersten Struktur invers sein, oder die erste und zweite Struktur können identisch sein. Die zweite Struktur reproduziert also die Kanten von der ersten Struktur bzw. es entsteht zwischen den Strukturen eine Lücke oder eine Überlappung mit konstanter Breite.

Beim Stand der Technik werden zweite, dritte und weitere Strukturen hergestellt, indem die Photolithographie mit ent sprechenden Masken nacheinander so oft angewendet wird, wie es die Anzahl der zu strukturierenden Schichten erfordert. Dabei wird jedoch die Lage der Strukturen zueinander von den Justierfehlern des einzelnen Photolithographieschrittes be stimmt, d. h. es ergeben sich Abweichungen im Abstand zwischen den Strukturen bzw. in ihrer Überlappung, die zu unerwünsch ten Beeinträchtigungen der elektrischen Eigenschaften der fertiggestellten Bauelemente führen können. Um Mindestgrößen für die Abstände bzw. Überlappungen zu garantieren, müssen beim Design der Strukturen entsprechende Vorhalte berücksich tigt werden, die sich nachteilig auf die Packungsdichte aus wirken.

Bei der Herstellung der zweiten, dritten und weiterer Struk turen sollen die Abweichungen der zueinander justierten Pho tolithographieschritte möglichst gering gehalten werden. Beim Stand der Technik läßt sich das Problem für viele Anwendungen nur mit hohem Kosten- und Zeitaufwand lösen. So werden bei selbstjustierenden Verfahren nach dem Stand der Technik be reits vorhandene, entsprechend strukturierte Schichten als Maskierschichten für andere Prozeßschritte verwendet. Beim Si-MOSFET dient z. B. das Poly-Si-Gate als Maske für die Implantation von Source und Drain. Weitere Verfahren, die z. B. in D. Widmann, H. Mader, H. Friedrich, "Technologie integrierter Schaltungen", Springer-Verlag Berlin, Heidel berg, New York, 1988, 5. 31, S. 67 bis 72 und S. 76 bis 78 beschrieben sind, sind das Lift-Off-Verfahren, die Spacer technik und das LOCOS-Verfahren. Ferner können unterschied liche Diffusionskonstanten beim Dotieren von Halbleitern für die selbstjustierende Herstellung von zweiten Strukturen aus genutzt werden, was von T. Laska, A. Porst in "A low loss/high ly rugged IGBT-generation - based on a self aligned process with double implanted n/n⁺-emitter", Proc. of the 6th Int. Symp. on Power Semiconductor Devices & IC's, Davos, 31. Mai bis 2. Juni 1994 beschrieben wird, und es können Unterätztechniken eingesetzt werden. Der Nachteil dieser Verfahren ist jeweils der hohe technische Aufwand, der die Herstellungszeit und die Herstellungskosten der Bauelemente in die Höhe treibt.

Aus JP 10-120 496 A ist ein Verfahren zum Entfernen von Defekten in Epitaxieschichten auf einem SiC-Substrat bekannt, bei dem u. a. die Epitaxieschicht derart belichtet wird, daß das UV-Licht zuerst durch das Substrat tritt.

Aus JP 2-331 A ist ein Herstellungsverfahren für Halbleiter vorrichtungen bekannt, bei dem die Belichtung der Resist schicht zur Herstellung von Strukturen auf der Oberfläche des Substrats mit Infrarot von der Rückseite des Halbleitersub strats her erfolgt. Dabei dient eine auf der Vorderseite des Substrats abgeschiedene Metallschicht als Blende bei der Be lichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Verfahren wei terzuentwickeln, so daß die selbstjustierende Herstellung von Strukturen auf der Oberfläche eines Substrats mit einfachen und kostengünstigen Mitteln möglich ist, wobei die Strukturen präzise und flexibel in bezug auf bereits vorhandene Struktu ren orientierbar sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Prinzip, die bereits vorhandene erste Struktur zur Erzeugung einer im wesentlichen gleich berandeten zweiten Struktur zu verwenden, wobei die erste Struktur als Maske für die Belichtung einer Resistschicht dient. Durch geeignete Verfahrensschritte wird dann vor der Erzeugung der zweiten Strukturen die Resist schicht auf dem Halbleiter in ihren lateralen Ausmaßen reduziert oder erweitert.

Auf einem transparenten Substrat (z. B. SiC, Glas, LiNbO₃ etc.) befindet sich eine erste Struktur, die eine opake, strukturierte Dünnschicht umfaßt. Diese strukturierte Dünn schicht kann insbesondere eine Metallisierung der Oberfläche des Substrats mit Öffnungen mit einer gegebenen Geometrie sein. Auf das Substrat mit der strukturierten Dünnschicht wird ganz flächig eine lichtempfindliche Resistschicht auf gebracht. Die folgende bereichsweise Belichtung erfolgt nun nicht wie im Stand der Technik von der Seite, auf der sich die lichtempfindliche Resistschicht befindet, sondern die Belichtung erfolgt von der Rückseite des Substrats. Die opake, strukturierte Dünnschicht auf der Vorderseite des Substrats wirkt dabei als Maske, so daß ihre Struktur direkt in die Resistschicht übertragen wird. Der Entwicklungsprozeß der Resistschicht erfolgt nach dem üblichen Stand der Tech nik, wobei sowohl Positiv- als auch Negativlacke verwendbar sind. Mit Positivlack wird eine identische Struktur erzeugt, mit Negativlack ist es möglich, die zur Metallschicht inverse Struktur zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum selbstjustierenden Her stellen von zweiten Strukturen auf einem Substrat, das an seiner ersten Oberfläche erste Strukturen aufweist, wobei die zweiten Strukturen in Abhängigkeit von der Anordnung der ersten Strukturen angeordnet werden, das mindestens die Schritte umfaßt: Aufbringen einer Resistschicht auf der Oberfläche des Substrats, Belichten der Resistschicht in vorgegebenen Bereichen, so daß sich die Beschaffenheit der Resistschicht in den vorgegebenen Bereichen ändert, Entfernen der Resistschicht innerhalb der vorgegebenen Bereiche, Be arbeiten der Oberfläche des Substrats mit den ersten Struk turen in den vorgegebenen Bereichen, so daß sich die zweiten Strukturen ergeben, ist dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Belichten das Licht erst durch das Substrat tritt und an schließend auf die Resistschicht trifft, wobei das Licht eine Wellenlänge hat, bei der das Substrat lichtdurchlässig ist und die ersten Strukturen auf der Oberfläche des Substrats licht undurchlässig sind.

Unter Licht wird hier und im folgenden die elektromagnetische Strahlung in dem sichtbaren, infraroten und ultravioletten Spektralbereich verstanden. Vorzugsweise wird bei Halbleitern als Substrat die Wellenlänge λ des Lichtes so gewählt, daß die Bedingung E_gap < h × c/λ erfüllt ist, d. h. daß die Ener gie der Photonen kleiner als die Bandlücke des Halbleiters ist. Die vorliegende Erfindung ist damit insbesondere bei Substraten mit einem Bandabstand anwendbar, der größer als 2,84 eV ist, was einer Wellenlänge von etwa 436 nm ent spricht. Für die Belichtung kann somit die sog. g-Linie aus dem Hg-Spektrum mit einer Vakuumwellenlänge λ_vac = 436 nm verwendet werden, ebenso wie die h-Linie bei 405 nm und die i-Linie bei 365 nm. Eine Bandlücke in diesem Größenbereich liegt z. B. SiC der Polytypen 2H, 4H, 6H, 15R, 21R vor.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfaßt das Bearbeiten der Oberfläche des Substrats mit den ersten Strukturen in den vorgegebenen Bereichen die Schritte Auf bringen einer Lift-Off-Schicht auf der gesamten Oberfläche des Bauelements, Lösen und Entfernen der Resistschicht unter der Lift-Off-Schicht, Abheben der Lift-Off-Schicht in den Bereichen, in denen die Resistschicht gelöst und entfernt wurde.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, wobei die erste Struktur eine erste (strukturierte) Dünn schicht und eine zweite (strukturierte) Dünnschicht sowie Im plantationen von ersten Fremdatomen in vorgegebenen Bereichen des Substrats umfaßt, werden vor dem Aufbringen einer Resist schicht auf der Oberfläche des Substrats die Schritte latera les Unterätzen der ersten Dünnschicht in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der ersten Struktur und der zweiten Struk tur, Entfernen der zweiten Dünnschicht, wobei die erste Dünn schicht und das Substrat unverändert bleibt, Aufbringen einer Ätzstoppschicht, die optisch opak ist, wobei die Ätzkanten der ersten Dünnschicht nicht bedeckt werden, seitliches Unterätzen der Ätzstoppschicht, so daß die erste Dünnschicht vollständig entfernt wird (Lift-Off), durchgeführt, und das Bearbeiten der Oberfläche des Substrats mit den ersten Struk turen in den vorgegebenen Bereichen umfaßt das Implantieren von zweiten Fremdatomen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden vor dem Aufbringen einer Resistschicht auf der Ober fläche des Substrats, die Schritte Aufbringen einer zweiten Resistschicht, ganzflächiges Belichten des Substrats mit der ersten Struktur und Ausheizen bei einer vorgegebenen Tempera tur, so daß die Löslichkeit der zweiten Resistschicht im Ent wickler stark herabgesetzt wird, durchgeführt, und das Be arbeiten der Oberfläche des Substrats mit den ersten Struk turen in den vorgegebenen Bereichen umfaßt das Trockenätzen über eine vorgegebene Dauer, so daß die zweite Resistschicht entfernt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß die Mas kierschicht im Gegensatz zur üblichen Lithographie zum Sub strat idealen Kontakt hat. Damit wird die Struktur der Mas kierschicht exakt auf den Lack übertragen. Außerdem kann die Struktur einer vorhandenen opaken Schicht ohne Justierung auf eine darüberliegende Lackmaske übertragen werden, ohne daß Justierfehler auftreten. Unter Verwendung von Negativlack bzw. Lacken mit der Möglichkeit zur Kontrastumkehr können die Strukturen auf leichte Weise invertiert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1a und 1b zeigt jeweils zwei übereinander liegende Strukturen auf einem Substrat.

Fig. 2a bis e zeigen die Schritte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen einer zweiten auf einer ersten Struk tur.

Fig. 3a bis 3d zeigen eine erste Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 4a bis 4d zeigen eine zweite Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 5a und 5b ist jeweils eine photographische Darstellung einer Polysiliziumstruktur auf SiC mit bzw. ohne Resist schicht.

Fig. 6a bis 6c zeigen eine dritte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 7a bis 7g zeigen eine vierte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 8a bis 8f zeigen eine fünfte Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1a und 1b sind in Draufsicht zwei übereinander lie gende Strukturen 9 und 10 auf einem Substrat 1 dargestellt. In beiden Figuren ist die erste Struktur 9 doppelt schraf fiert dargestellt, während die zweite Struktur 10 einfach schraffiert dargestellt ist. In Fig. 1a wird durch die erste Struktur 9 eine vorgegebene Fläche auf dem Substrat 1 belegt, die von den geometrischen Vorgaben für die erste Struktur 9 und damit von ihrer Funktion abhängt. In der gezeigten Dar stellung in Fig. 1a wird durch die erste Struktur 9 ein Fen ster 11 offen gelassen, in dem mehrere Inseln 12, nämlich vier kleinere und eine größere Insel angeordnet sind. Über diesem Fenster 11 ist die zweite Struktur 10 angeordnet. Sie bedeckt in der gezeigten Darstellung nach Fig. 1a im wesent lichen den gesamten freien Bereich in dem Fenster 11, wobei aber um die Inseln 12 der ersten Struktur und am Rand des Fensters 11 jeweils ein Randbereich 13 frei gelassen wird, in dem das darunter liegende Substrat 1 sichtbar ist.

In Fig. 1b ist ein ähnlicher Aufbau bei einem anderen Bauele ment gezeigt. Wie in Fig. 1a ist durch die erste Struktur 9 ein Fenster 11 auf der Oberfläche des Substrats 1 offen ge lassen, in dem mehrere Inseln 12 angeordnet sind. Bei dem Bauelement nach Fig. 1b wird nach Fertigstellung der ersten Struktur 9 anschließend eine zweite Struktur 10 erzeugt, die an den Rändern der Inseln 12 und am Rand des Fensters 11 eine Überlappung 14 mit der ersten Struktur 9 aufweist.

Bei den in Fig. 1a und 1b gezeigten Beispielen wird die zwei te Struktur 10 an der ersten, bereits vorhandenen Struktur 9 ausgerichtet. Daher muß die Positionierung der zweiten Struk tur 10 sehr sorgfältig erfolgen, d. h. die Positionierung ist in Abhängigkeit von der gewünschten Genauigkeit u. U. sehr aufwendig. Bei einer weniger genauen Positionierung wird eventuell nicht das gleiche Maß z. B. der Breite oder der ver tikalen Ausdehnung des Randbereichs 13 bzw. der Überlappung 14 eingehalten. Bei dem Stand der Technik bedeutet die exakte Positionierung aber eine längere Fertigungszeit des Bauele ments und damit erhöhte Kosten.

Fig. 2 zeigt das Vorgehen bei dem erfindungsgemäßen Verfah ren. Auf einer ersten Oberfläche 2 eines Substrats 1 ist zu Beginn des Verfahrens bereits eine erste Struktur 9 vorhan den, die eine Strukturschicht 3 umfaßt. Die Strukturschicht 3 der ersten Struktur 9 kann eine Metallisierung sein oder auch eine (nicht dargestellte) andere opake Zone innerhalb des Substrats 1 (d. h. z. B. eine Zone unmittelbar unter der Ober fläche 2 des Substrats oder einen sog. burried layer im bulk). Die Zusammensetzung der Strukturschicht 3 unterschei det sich in jedem Fall von der des Substrats 1, und damit sind auch die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Substrat 1 und Strukturschicht 3 unterschiedlich. Insbesonde re wird bei der Erfindung ausgenutzt, daß sich die optischen Eigenschaften von Substrat und Schicht unterscheiden, so daß eine Wellenlänge gefunden werden kann, bei der die beiden Materialien unterschiedliche Transmissionseigenschaften auf weisen. Die opake Schicht kann damit den Zweck einer Maske für eine selektive Änderung der Eigenschaften des Substrats erfüllen, z. B. für eine bereichsweise Implantation. Dieser Ausgangszustand ist in Fig. 2a dargestellt.

Es sollen zweite Strukturen 10 auf dem Substrat 1 erzeugt werden, wobei die zweiten Strukturen 10 eine vorgegebene Lage in Bezug auf die ersten Strukturen 9 einhalten müssen, d. h. in Abhängigkeit von der Anordnung der ersten Strukturen 9 an geordnet werden müssen. Zur Herstellung der zweiten Struktur 10 auf dem Substrat 1 wird zunächst, wie in Fig. 2b gezeigt, eine Resistschicht 4 auf der Oberfläche des Substrats 1 mit der ersten Struktur 9 aufgebracht. Die Resistschicht 4 ist insbesondere ein Photolack, d. h. eine lichtempfindliche Schicht, deren chemische bzw. strukturelle Beschaffenheit sich unter Lichteinwirkung verändert. Der belichtete oder unbelichtete Teil der Resistschicht 4 auf dem Substrat 1 mit der ersten Struktur 9 kann nach dem bereichsweisen Belichten selektiv innerhalb von vorgegebenen Bereichen entfernt wer den. Die Oberfläche 2 des Substrats 1 mit den ersten Struktu ren 9 kann anschließend in den vorgegebenen Bereichen be arbeitet werden, so daß sich die zweiten Strukturen 10 er geben. Der nicht entfernte Teil der Resistschicht 4 stellt dabei sicher, daß durch die nachfolgenden Prozeßschritte die unter der verbliebenen Resistschicht 4 liegenden Bereiche des Substrats mit der ersten Struktur durch Ätz-, Implantations- und sonstige Schritte nicht verändert werden.

Damit Unsicherheiten bei der Justierung und Orientierung der zweiten Struktur 10 in bezug auf die bereits vorhandenen ersten Strukturen 9 keine Rolle spielen, wird erfindungsgemäß die Resistschicht 4 durch das Substrat 1 hindurch belichtet, wobei die vorhandenen ersten Strukturen 9 auf der ersten Oberfläche 2 des Substrats 1 aufgrund ihrer optischen Eigen schaften, die sich von denen des Substrats 1 unterscheiden, als Maske verwendet werden. Dies ist in Fig. 2c gezeigt. Lichtstrahlen 5 zum Belichten der Resistschicht 4 treten zunächst durch eine zweite Oberfläche des Substrats 1, die der Oberfläche mit der ersten Struktur gegenüberliegt, in das Substrat 1 ein und durchqueren das Substrat 1, bis sie auf einen lichtundurchlässigen Bereich der opaken Dünnschicht 3 auf der Oberfläche 2 treffen. Durch diesen werden sie an dem Eindringen in die Resistschicht 4 gehindert. Andere Licht strahlen 5 treten ungehindert durch das Substrat und durch Öffnungen in der ersten Struktur hindurch und durchqueren auch die Resistschicht 4, wobei diese durch die Lichtein wirkung ihre chemischen oder strukturellen Eigenschaften (Polymerisation oder Aufbrechen von Bindungen) verändert. Wie oben bereits erläutert kann somit durch einen geeignete Ent wicklungsprozeß die Resistschicht 4 in den Bereichen selektiv entfernt werden, in denen sie belichtet wurde und die für die weitere Bearbeitung frei zugänglich sein müssen. Die übrigen Bereiche werden durch die verbleibende Resistschicht 4 bei den nachfolgenden Arbeitsschritten geschützt.

Fig. 2d und Fig. 2e zeigen die verbliebene Resistschicht 4 nach der bereichsweisen Belichtung und Entfernung der Re sistschicht 4 auf der Oberfläche des Substrats 1. In Fig. 2d ist das Ergebnis für einen sog. positiven Photolack und in Fig. 2e für einen sog. negativen Photolack gezeigt. Im ersten Fall bleibt die Resistschicht 4 dort auf der Oberfläche, wo sie nicht belichtet wurde, im zweiten Fall ist es umgekehrt.

Nach der Durchführung der Schritte nach Fig. 2a bis d bzw. Fig. 2a bis c und e können Ätzschritte und weitere Beschich tungsschritte zur Herstellung des Bauelements folgen, wobei nun die Ausrichtung der zweiten Struktur in bezug auf die erste Struktur fehlerfrei ist. Wenn man sich die Situation in Fig. 1a noch einmal in Erinnerung ruft, so ist es also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Randbereiche 13 bzw. die Überlappungen 14 mit exakt denselben Abmessungen bei allen Kanten der ersten Struktur herzustellen, anders als beim Stand der Technik, wo (unvermeidbare) Ungenauigkeiten bei der Justierung der Maske für die zweiten Struktur zu Abweichungen führen.

Das Licht hat bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Wel lenlänge, bei der das Substrat 1 lichtdurchlässig ist und die ersten Strukturen auf der Oberfläche des Substrats licht undurchlässig sind. Unter Licht wird hier und im folgenden jede elektromagnetische Strahlung in dem sichtbaren, infra roten und ultravioletten Spektralbereich verstanden. Damit das Licht ohne große Abschwächung durch das Substrat hin durchtreten kann, wird insbesondere bei Halbleitern als Substrat die Vakuumwellenlänge λ_vac des Lichtes zum Belichten der Resistschicht vorzugsweise so gewählt, daß die Bedingung E_gap < h × c/λ_vac erfüllt ist. Dabei ist E_gap die Bandlücke des Halbleiter-Substrats, h die Planck'sche Wirkungskonstante und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum. Das sichtbare Spektrum liegt etwa zwischen 400 nm und 700 nm. In diesem Spektralbereich stehen die meisten Lichtquellen und die meisten Photolacke zur Verfügung. Für Licht im sichtbaren Bereich muß die Bandlücke E_gap daher zwischen ca. 1,77 eV und ca. 3,10 eV liegen. Die vorliegende Erfindung ist damit ins besondere bei Substraten mit einem Bandabstand anwendbar, der größer als 2,84 eV ist, was einer Wellenlänge von etwa 436 nm entspricht. Für die Belichtung kann somit die sog. g-Linie aus dem Hg-Spektrum mit einer Wellenlänge λ_vac = 436 nm ver wendet werden. Eine Bandlücke dieser Größe hat z. B. SiC der Polytypen 2H, 4H, 6H, 15R, 21R. Das Verfahren eignet sich daher besonders für die photolithographische Erzeugung von zweiten Strukturen auf SiC als Substrat.

In der Beschreibung wird unter den Begriffen lichtdurchlässig verstanden, daß Licht unter nur geringer Abschwächung durch das Medium hindurch tritt, wobei eine geringe Abschwächung bedeutet, daß das Licht noch ausreicht, eine anschließende Resistschicht innerhalb einer akzeptablen Zeit zu belichten. Lichtundurchlässig bedeutet, daß kein oder nur so wenig Licht durchdringt, daß es auf die lichtempfindliche Substanz der Resistschicht keinen Einfluß hat. Üblicherweise sollte eine lichtundurchlässige Schicht die Lichtleistung mindestens um den Faktor 10, möglichst 100 gegenüber dem unbedeckten Fall schwächen.

Die nach dem oben beschriebenen Grundprinzip erzeugten Stru kturen erlauben in Verbindung mit weiteren transparenten Hilfsschichten zahlreiche Kombinationen, die im folgenden näher beschrieben werden. In Verbindung mit einigen der im folgenden erläuterten Verfahren läßt sich auch ein gegebener Abstand zwischen den Kanten der ersten Struktur und den Kan ten der zweiten Struktur einstellen.

In einem ersten Beispiel soll eine zweite Struktur über der ersten Struktur angeordnet werden, die in lateral er Ausdeh nung und Positionierung mit der ersten Struktur identisch ist bzw. zu ihr komplementär ist. Das Vorgehen ist in Fig. 3a bis d bzw. 4a bis d gezeigt: Fig. 3 zeigt die Herstellung einer zweiten Struktur, die zu der ersten Struktur identisch ist, während Fig. 4 die Herstellung einer zweiten Struktur zeigt, die komplementär zu der ersten Struktur 9 ist.

Die auf dem transparenten Substrat 1 angeordnete erste Struk tur 9 umfaßt eine opake strukturierte Dünnschicht 3, darge stellt in Fig. 3a bzw. Fig. 4a. Eine Zusatzschicht 6, die die zweite Struktur bilden soll, wird auf der gesamten Oberfläche 2 des Substrats 1 abgeschieden. Die Zusatzschicht 6 muß lichtdurchlässig sein, d. h. sie kann z. B. aus SiO₂, Si₃N₄, SiO_xN_y, BPSG (phosphor- oder borhaltiges Glas) bestehen. Die Zusatzschicht 6 wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren strukturiert. Dazu wird eine Resistschicht 4 auf der Zusatz schicht 6 aufgetragen. Die Resistschicht 4 wird erfindungs gemäß von der Rückseite des Substrats 1 her belichtet. Dies ist in Fig. 3b bzw. 4b gezeigt. Die Resistschicht 4 wird ent wickelt und wie oben erläutert bereichsweise wieder entfernt, so daß die Zusatzschicht 6 für die weiteren Herstellungs schritte bereichsweise zugänglich ist, d. h. die transparente Zusatzschicht 6 wird anschließend mit der verbliebenen Re sistschicht 4 als Maskierung geätzt. Je nachdem, ob Positiv- oder Negativlack als Resist verwendet wird, erhält die Zu satzschicht 6 genau dieselbe bzw. die komplementäre Struktur von der bereits auf dem Substrat 1 vorhandenen Struktur 9. Dies ist in Fig. 3c und d bzw. 4c und d dargestellt.

Ebenso ist die Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem Lift-Off-Verfahren möglich, um z. B. eine bereichs weise Metallisierung durchzuführen. In Fig. 5a ist eine Poly siliziumstruktur auf einem SiC-Substrat gezeigt, die bei der erfindungsgemäßen Belichtung von der Rückseite des Substrats als lichtundurchlässige Maske dient. Bei der Verwendung von Positivlack als Resistschicht ergibt sich nach Belichten und Entfernen des überschüssigen Photolacks eine in Fig. 5b ge zeigte Struktur der Resistschicht. Wie aus Fig. 5b ersicht lich, laufen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kanten der entwickelten Resistschicht 4 nach dem Belichten von der Rückseite zur Oberkante der Resistschicht 4 hin auseinander.

Dies ist durch die über die Dicke der Resistschicht 4 ab nehmende Intensität des von der Rückseite her einfallenden Lichtes bedingt. Dadurch entsteht ein geringer Überlapp über die vorhandene Struktur. Die so geformte überstehende Lack kante kann zur Strukturierung von Lift-Off-Schichten 7 wie z. B. thermisch aufgedampften Metallen benutzt werden.

In Fig. 6 ist der Ablauf des Lift-Off-Verfahrens mit Negativ lack schematisch dargestellt. In beiden Fällen wird nach dem Belichten und bereichsweisem Entfernen der Resistschicht 4 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fig. 6a) die Lift-Off-Schicht 7 auf der gesamte Oberfläche des Substrats 1 mit einer ersten Struktur mit einer opaken Dünnschicht 3 wie in Fig. 6b dargestellt abgeschieden. Bei geeigneter Prozeß führung, wie z. B. gerichtetem Dampfen, werden nur die Flächen beschichtet, die parallel zur Substratoberfläche 2 liegen, nicht aber die Kanten (vertikale Flächen) der Resistschicht. Nach dem Aufdampfen wird das SiC-Substrat mit Lösungsmittel bearbeitet, das die Resistschicht ausgehend von den nicht beschichteten Kanten unter der Lift-Off-Schicht 7 heraus löst, so daß die Lift-Off-Schicht 7 auf dem Photolack von der Ober fläche des SiC-Substrats abgehoben werden kann (Fig. 6c).

Damit liegen die Flächen auf dem Substrat frei, auf denen zunächst die Resistschicht 4 abgeschieden worden war. Die Oberfläche der ersten Struktur ist bereits metallisiert, und weitere Schritte zur Erzeugung der zweiten Struktur können sich anschließen.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photolithographieverfahrens wird diese mit einer Unterätz technik kombiniert, womit sich Abstände zwischen einer ersten, bereits vorhandenen und einer zweiten Struktur ein stellen lassen. Insbesondere können verschieden implantierte Halbleitergebiete erzeugt werden, die einen definierten Abstand voneinander haben. Die Halbleitergebiete können bei dieser Ausführungsform des Verfahrens auch in einer Ebene erzeugt werden. Die entsprechenden Verfahrensschritte sind in Fig. 7 gezeigt.

In Fig. 7a befindet sich auf der Substratoberfläche 2 eine erste Struktur mit zwei unterschiedlichen Dünnschichten 15 und 16. Die Dünnschichten 15 und 16 sind gegeneinander und gegenüber dem Material des Substrats 1 selektiv naß ätzbar und mechanisch spannungsarm. Vorzugsweise besteht die erste Dünnschicht 15 aus SiO₂ und die zweite Dünnschicht 16 aus Polysilizium. In die Dünnschichten 15 und 16 werden Fenster geätzt, die durch die Funktion des Bauelements gegeben sind und deren Lage photolithographisch definiert wird. Anschlie ßend wird eine erste Implantation 8 ausgeführt.

In Fig. 7b wird die erste Dünnschicht 15 lateral unterätzt; und zwar soweit, wie es dem Abstand zwischen der vorhandenen ersten und einer nachfolgenden zweiten Implantation ent spricht. Die Ätzung wird vorzugsweise mit gepufferter Fluß säure (BHF) ausgeführt, wenn die erste Dünnschicht 15 aus SiO₂ besteht.

In Fig. 7c wird die zweite Dünnschicht 16 selektiv gegen die erste Dünnschicht 15 ganzflächig entfernt.

In Fig. 7d wird eine Ätzstoppschicht 17 aufgebracht, an die drei Anforderungen gestellt werden:

(1) Sie muß beständig gegen Ätzlösungen sein, mit denen die erste Dünnschicht 15 geätzt wird, wobei die Ätzlösung vor zugsweise gepufferte Flußsäure (BHF) umfaßt;
(2) es darf zu keiner Bedeckung der Ätzkanten der ersten Dünnschicht 15 kommen;
(3) die Ätzstoppschicht 17 muß optisch opak sein. Als zweite Dünnschicht 16 wird vorzugsweise eine dünne Metallschicht verwendet, die thermisch aufgedampft wird.

In Fig. 7e wird die erste Dünnschicht 15 durch seitliches Unterätzen der Ätzstoppschicht 17 komplett entfernt. Auf dem Substrat 1 verbleibt die dünne Metallschicht 16 mit Öffnungen an genau den Stellen, wo sich vorher die erste Dünnschicht 15 befand. Diese Öffnungen sind aufgrund des verwendeten Ätzver fahrens exakt zur ersten Implantation 8 zentriert.

Die Dicke der zweiten Dünnschicht bzw. Metallschicht 16 reicht jedoch nicht zur Maskierung einer zweiten Implantation aus. In Fig. 7f wird sie jetzt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Resistschicht 4 (Photolack) so verstärkt, daß die Maskierfähigkeit für eine zweite Implantation 20 aus reichend ist.

Schließlich werden in Fig. 7g alle Hilfsschichten entfernt. Die fertige Struktur besteht dann aus zwei unterschiedlich implantierten Gebieten an der Oberfläche des Substrats 1, die exakt zueinander justiert und zentriert sind. Der Vorteil dieser Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Unterätztechnik zur photolithographischen Herstellung einer zweiten Struktur mit gegebenem Abstand zu der ersten Struk tur, bereits vorhandenen Struktur besteht darin, daß nur ein einziger Photolithographieschritt nötig ist.

In Fig. 8 ist die Kombination des erfindungsgemäßen Verfah rens mit der Spacer-Technik dargestellt. Damit läßt sich ebenfalls wie in der oben beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Lift-Off-Technik ein definierter Abstand zwischen zwei Strukturen erreichen.

Auf die Oberfläche 2 eines Substrats 1 mit einer ersten Struktur mit opaker Dünnschicht 3 wird eine zweite Resist schicht 18, vorzugsweise Positivlack auf Novolackbasis, auf gebracht (Fig. 8a). Danach wird das Substrat 1 ganzflächig flutbelichtet und bei einer geeigneten Temperatur ausgeheizt, so daß die Löslichkeit der zweiten Resistschicht 18 Lackes im Entwickler stark herabgesetzt wird (Fig. 8b).

Die so erzeugte Struktur wird dann mit einer Resistschicht 4 versehen. Danach erfolgt die Belichtung der Resistschicht 4 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Rückseite des Substrats her (Fig. 8c).

Durch ein Bad in einer Entwicklerlösung wird nur die obere Resistschicht 4 strukturiert, d. h. bereichsweise entwickelt, so daß sie in den entsprechenden Bereichen entfernt werden kann (Fig. 8d).

In einem nachfolgenden, stark gerichteten Trockenätzprozeß (z. B. mit O₂) wird die gesamte zweite Resistschicht 18 zu rückgenommen, bis sie in den vorgegebenen Bereichen, d. h. den Bereichen ohne Maskierung entfernt ist (Fig. 8e). Es wird dadurch ein "Lack-Spacer" 19 erzeugt, dessen Breite durch die Dauer des Trockenätzprozesses eingestellt werden kann (Fig. 8f).

Somit kann mit der Kombination des erfindungsgemäßen Verfah rens mit der Spacer-Technik eine definierte Lücke 13 zwischen zwei Strukturen, wie sie in Fig. 1a gezeigt ist, erzeugt wer den. Dazu wird lediglich eine zweite Resistschicht 18 mit einer Dicke von einigen µm benötigt.

Die vorliegende Erfindung schafft somit für transparente Substrate ein elegantes und einfach umzusetzendes Verfahren zur selbstjustierenden Herstellung von zweiten Strukturen bei vorhandenen ersten Strukturen, bei dem auf kommerzielle Photolacke als Resistschicht zurückgegriffen werden kann. Die Voraussetzung dafür ist die Lichtdurchlässigkeit des Sub strats in einem Bereich, in dem die üblichen Photolacke lichtempfindlich sind. Diese Bedingung ist insbesondere bei allen Siliziumkarbidsubstraten im sichtbaren Bereich des Spektrums erfüllt.

Der Vorteil bei dem Verfahren ist dabei, daß die Maskier schicht im Gegensatz zur üblichen Lithographie idealen Kon takt zum Substrat hat. Dadurch wird deren Struktur exakt auf den Lack übertragen.

Als Lichtquelle für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich je nach Transmissionsbereich bzw. Bandlücke des Sub strats, auf das neben einer ersten eine zweite Struktur aufgebracht werden soll, insbesondere Gasentladungslampen, Laser und sog. Superstrahler wie Excimer-Laser. Als Gas entladungslampen sind Hg-Dampflampen mit den Emissions-Wel lenlängen 436 nm (g-Linie), 405 nm (i-Linie) und 365 nm (i-Linie) geeignet. Als Laser sind u. a. HeNe-Laser und N₂-Laser einsetzbar, als Gasgemisch im Excimer-Laser kommt vorzugsweise XeF mit einer Wellenlänge von 351 nm in Frage. Weitere Wellenlängen lassen sich mit Farbstofflasern in dem erforderlichen Spektralbereich und mit der erforderlichen Intensität erzeugen.

Claims

1. Verfahren zum selbstjustierenden Herstellen von zweiten Strukturen (10) auf einem Substrat (1), das an seiner ersten Oberfläche (2) erste Strukturen (9) aufweist, wobei die zweiten Strukturen (10) in Abhängigkeit von der Anordnung der ersten Strukturen (9) photolithographisch erzeugt werden, bei dem
die erste Struktur (9) eine erste Dünnschicht (15) und eine darüberliegende zweite Dünnschicht (16) umfaßt und die zweite Dünnschicht (16) lateral unterätzt wird, so daß sich zwischen der ersten Dünnschicht (15) und den ersten Strukturen (8, 9) ein vorgegebener Abstand (13) einstellt,
die zweite Dünnschicht (16) entfernt wird, wobei die erste Dünnschicht (15) und das Substrat (1) unverändert bleibt, eine Ätzstoppschicht (17) aufgebracht wird, die optisch opak ist, wobei die Ätzkanten der ersten Dünnschicht (15) nicht bedeckt werden,
die Ätzstoppschicht (17) seitlich unterätzt wird, so daß die erste Dünnschicht (15) vollständig entfernt wird,
eine erste Resistschicht (4) aufgebracht wird, die von der Rückseite des Substrats (1) belichtet wird, wobei die Ätz stoppschicht (17) als optische Maske wirkt,
die erste Resistschicht (4) zum Freilegen der Substratober fläche (2) für das Erzeugen der zweiten Strukturen (10, 20) entwickelt wird und
die erste Resistschicht (4) und die Ätzstoppschicht (17) entfernt werden.

2. Verfahren zum selbstjustierenden Herstellen von zweiten Strukturen (10) auf einem Substrat (1), das an seiner ersten Oberfläche (2) erste Strukturen (9) aufweist, wobei die zweiten Strukturen (10) in Abhängigkeit von der Anordnung der ersten Strukturen (9) photolithographisch erzeugt werden, bei dem
eine zweite Resistschicht (18) aufgebracht wird,
die zweite Resistschicht (18) ganzflächig von oben belichtet wird und bei einer vorgegebenen Temperatur ausgeheizt wird,
so daß die Löslichkeit der zweiten Resistschicht (18) im Entwickler stark herabgesetzt wird,
eine erste Resistschicht (4) aufgebracht wird,
die erste Resistschicht (4) von der Rückseite des Substrats (1) belichtet wird, wobei die ersten Strukturen als optische Maske wirken,
die erste Resistschicht (4) entwickelt wird, und
die erste (4) und die zweite (18) Resistschicht zum Freilegen der Substratoberfläche (2) für das Erzeugen der zweiten Strukturen (10) durch Trockenätzen über eine vorgegebene Dauer entfernt werden, so daß die zweite Resistschicht (18) über den ersten Strukturen (9) sowie Spacer-Strukturen (19) am Rand der ersten Strukturen (9) zurückbleiben, die einen vorgegebenen Abstand (13) zwischen den ersten Strukturen (9) und den zweiten Strukturen (10) definieren.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Vakuumwellenlänge λ_vac des Lichtes (5) zum Belichten der Resistschicht (4) so gewählt wird, daß bei Halbleitern als Substrat (1) die Bedingung E_gap < h × c/λ_vac erfüllt ist, wobei E_gap eine Bandlücke des Halbleiters, h die Planck'sche Wirkungskonstante und c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als Substrat (1) SiC verwendet wird und die Vakuumwellenlänge λ_vac des Lichtes (5) zum Belichten der Resistschicht (4) 436 nm oder 405 nm oder 365 nm beträgt.