DE60307336T2

DE60307336T2 - Druckstempel für Nanostrukturen

Info

Publication number: DE60307336T2
Application number: DE60307336T
Authority: DE
Inventors: Gyosu APT 6-602 Heon Pohang-Si Lee
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2023-02-01
Also published as: EP1333324A2; CN100367109C; EP1333324B1; CN1435728A; US6743368B2; EP1333324A3; JP4005927B2; US20030141276A1; JP2004006643A; DE60307336D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Prägungsstempel und ein Verfahren zum Bilden desselben. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Struktur und ein Verfahren zum Fertigen von Prägungsstempeln für nanometergroße Muster unter Verwendung einer Abstandhaltertechnik, wobei die resultierenden Prägungsstempel im Wesentlichen die ganze Oberflächenfläche eines Substrats einnehmen können, an dem die Prägungsstempel gebildet sind, und wobei die Prägungsstempel komplexe Formen aufweisen können, die unter den Prägungsstempeln variieren.
Nanoprägungslithographie ist eine vielversprechende Technik zum Erhalten nanometergroßer Muster (so klein wie wenige zig Nanometer). Ein Schlüsselschritt bei einem Bilden der nanometergroßen Muster ist es, zuerst einen Prägungsstempel zu bilden, der ein Muster umfasst, das zu den nanometergroßen Mustern komplementär ist.
In 1a umfasst ein bekannter Nanoprägelithographieprozess einen Prägungsstempel 200, der eine Mehrzahl von Prägemustern 202 aufweist, die an demselben gebildet sind. Ein derartiger Prozess ist in der US6294450 berichtet. Das Patent mit der Nummer US5260175 berichtet einen Stempel des Stands der Technik für Mikromerkmale. In 1b umfassen die Prägemuster 202 ein einfaches Linien- und Leerraummuster, das eine Mehrzahl von Linien 204 aufweist, die durch eine Mehrzahl von Leerräumen 206 zwischen benachbarten Linien 204 getrennt sind. Durch ein Pressen (siehe gestrichelter Pfeil 201) des Prägungsstempels 200 auf eine speziell entworfene Maskenschicht 203 wird eine Dicke der Maskenschicht 203 mit Bezug auf die Prägemuster 202 (siehe 1a) moduliert, derart, dass die Prägemuster 202 in der Maskenschicht 203 repliziert sind.
Typischerweise ist die Maskenschicht 203 aus einem Material, wie beispielsweise einem Polymer hergestellt. Es kann beispielsweise ein Photoresistmaterial für die Maskenschicht 203 verwendet werden. Die Maskenschicht 203 ist auf ein Tragesubstrat 205 aufgebracht. Unter Verwendung eines Step- und Repeat-Prozesses (Schrittweise-Verfahr- und Wiederholprozesses) wird der Prägungsstempel 200 wiederholt auf die Maskenschicht 203 gepresst, um die Prägemuster 202 in der Maskenschicht 203 zu replizieren und die gesamte Fläche der Maskenschicht 203 zu bedecken.
In 2 umfasst nach dem Step- und Repeat-Prozess die Maskenschicht 203 eine Mehrzahl von nanometergroßen Vertiefungen 207, die komplementär zu der Form der Prägemuster 202 sind. Als Nächstes wird in 3 die Maskenschicht 203 anisotrop geätzt (d. h. eine sehr direktionale Ätzung), um nanometergroße Muster 209 in der Maskenschicht 203 zu bilden. Typischerweise dient das Tragesubstrat 205 oder eine andere Schicht (nicht gezeigt), die zwischen der Maskenschicht 203 und dem Tragesubstrat 205 positioniert ist, als ein Ätzstopp für die anisotrope Ätzung. Alternativ kann die Maskenschicht 203 als eine Ätzmaske für eine darunter liegende Schicht dienen (siehe Bezugszeichen 208 in 7a bis 7d) und das Muster der nanometergroßen Vertiefungen 207 ist in der Unterschicht durch einen nachfolgenden anisotropen Ätzprozess repliziert.
In 4a beginnt die Bildung der Prägemuster 202 an dem bekannten Prägungsstempel 200 durch ein Aufbringen abwechselnder Schichten eines Dünnfilmmaterials (211, 213) an einem Substrat 215, um einen mehrfach gestapelten Dünnfilm 210 zu bilden, der sich von dem Substrat 215 nach außen erstreckt. Der mehrfach gestapelte Dünnfilm 210 wird dann in eine Mehrzahl diskreter Segmente Δ_S entlang einer Richtung, die durch einen gestrichelten Pfeil S gezeigt ist, aufgeteilt. In 4b beispielsweise kann das Substrat 215 ein Wafer eines Halbleitermaterials sein, auf dem der mehrfach gestapelte Dünnfilm 210 aufgebracht ist. Nachdem alle Schichten des mehrfach gestapelten Dünnfilms 210 aufgebracht wurden, wird der Wafer (d. h. das Substrat 215) dann aufgeteilt, um die diskreten Segmente Δ_S zu bilden.
In 5a umfasst ein diskretes Segment Δ_S einen Abschnitt des mehrfach gestapelten Dünnfilms 210 und einen Abschnitt des Substrats 215. In 5b und 5c wird das diskrete Segment Δ_S selektiv geätzt, um das Prägemuster 202 zu definieren. Unterschiede bei Ätzraten zwischen den abwechselnden Schichten (211, 213) bewirken, dass eine der Schichten mit einer schnelleren Rate als die andere Schicht geätzt wird, was in Höhenunterschieden zwischen den abwechselnden Schichten (211, 213) resultiert. Diese Höhenunterschiede definieren das Prägemuster 202.
Ein Nachteil des bekannten Prägungsstempels 200 besteht darin, dass das Prägemuster 202 an lediglich einem Bruchteil der Nutzfläche des Prägungsstempels 200 gebildet ist, wie es in 5b, 5c und 6 dargestellt ist. Das Prägemuster 202 nimmt eine Prägefläche I_A ein, die im Wesentlichen kleiner als eine nichtstrukturierbare Fläche N_A ist. Folglich wird lediglich ein Bruchteil der verfügbaren Fläche durch das Prägemuster 202 genutzt.
Ein zweiter Nachteil des bekannten Prägungsstempels 200 besteht darin, dass das Prägemuster 202 einfache Linien- und Leerraummuster (204, 206) umfasst, wie es in 6 dargestellt ist. Folglich sind die resultierenden nanometergroßen Vertiefungen 207 ebenfalls auf einfache Linien- und Leerraummuster begrenzt, weil dieselben komplementär zu dem Prägemuster 202 sind.
In 7a wird der Prägestempel 200 auf die Maskenschicht 203 gepresst 201, um die einfachen Muster einer Linie 204 und eines Leerraums 206 des Prägemusters 202 in der Maskenschicht 203 zu replizieren. In 7b umfasst nach dem Pressschritt die Maskenschicht 203 die komplementären nanometergroßen Vertiefungen 207, die in derselben repli ziert sind. Wie es oben angemerkt ist, weisen die nanometergroßen Vertiefungen 207 ebenfalls das einfache Linien- und Leerraummuster auf, das als 204' bzw. 206' bezeichnet ist.
In 7c wird die Maskenschicht 203 anisotrop geätzt, bis die Leerraummuster 206' mit einer oberen Oberfläche 208' einer Unterschicht 208 zusammenfallen und die Linienmuster 204' sich von der oberen Oberfläche 208' nach außen erstrecken. Die Linien- und Leerraummuster (204', 206') dienen als eine Ätzmaske für einen nachfolgenden anisotropen Ätzschritt. Als Nächstes wird in 7d die Unterschicht 208 durch die Maske hindurch, die durch die Linien- und Leerraummuster (204', 206') erzeugt ist, anisotrop geätzt, um die nanometergroßen Muster 209 zu definieren.
Ein anderer Nachteil des bekannten Prägungsprozesses, wie es in 7a bis 7d dargestellt ist, besteht darin, dass die Prägefläche I_A und die nichtstrukturierbare Fläche N_A des Prägestempels 200 in den nanometergroßen Mustern 209 repliziert sind, derart, dass lediglich ein geringer Bruchteil der verfügbaren Fläche des Substrats 205 die nanometergroßen Muster 209 umfasst, wie es durch eine strukturierte Fläche P_A angegeben ist, und ein großer Abschnitt des Substrats 205 als eine unstrukturierte Fläche U_A bleibt. Die strukturierte Fläche P_A kann beispielsweise mehrere Mikrometer groß sein und die unstrukturierte Fläche U_A kann mehrere hundert Mikrometer oder mehr betragen.
Obwohl ein Step- und Repeat-Prozess verwendet werden kann, um das Prägemuster 202 wiederholt über eine größere Fläche der Maskenschicht 203 zu pressen, kann dieser Prozess in Druckdefekten resultieren, die dadurch, dass etwas des Materials von der Maskenschicht 203 an den Prägemustern 202 haftet, oder durch eine Abnutzung an den Prägemustern 202 aufgrund wiederholter Pressschritte bewirkt sind. Zudem spricht der Step- und Repeat-Prozess nicht die Einschrän kungen an, die durch die zuvor erwähnten einfachen Linien- und Leerraummuster (204, 206) erzeugt sind.
Folglich existiert ein Bedarf nach einem nanometergroßen Prägungsstempel, der über einer großen Fläche gebildet sein kann. Es besteht ferner ein Bedarf nach einem nanometergroßen Prägungsstempel, der komplexe Muster und Formen umfassen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Prägungsstempel für nanometergroße Muster gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Gemäß einem anderen Aspekt ist ein Verfahren gemäß Anspruch 12 vorgesehen.
Der Prägungsstempel der vorliegenden Erfindung löst die zuvor erwähnten Nachteile und Einschränkungen. Der großflächige Prägungsstempel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrzahl von Prägestempeln, die im Wesentlichen die ganze Oberflächennutzfläche eines Substrats einnehmen können, wodurch einer der Nachteile der bekannten Prägestempel gelöst wird, bei denen die Prägemuster an lediglich einem Bruchteil der verfügbaren Nutzfläche gebildet waren. Die Prägestempel der vorliegenden Erfindung weisen komplexe vorbestimmte Formen auf, die unter den Prägestempeln variieren können, so dass die Einschränkungen von einfachen Linien- und Leerraummustern der bekannten Prägestempel gelöst sind. Zudem kann der Prägungsstempel der vorliegenden Erfindung über einer breiten Fläche gebildet sein, so dass die Nachteile, die der nichtstrukturierbaren Fläche der bekannten Prägestempel zugeordnet sind, ebenfalls gelöst sind.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich, die durch ein Beispiel eine Anzahl bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen.
1a und 1b sind eine Profil- bzw. eine obere Draufsicht eines bekannten Prägestempels und bekannter Prägemuster.
2 ist eine Profilansicht einer bekannten Maskenschicht mit einer nanometergroßen Vertiefung, die in derselben durch den bekannten Prägestempel von 1a gebildet ist.
3 ist eine Profilansicht der bekannten Maskenschicht von 2 nach einem anisotropen Ätzschritt.
4a ist eine Querschnittsansicht eines bekannten Prozesses zum Bilden eines bekannten Prägestempels.
4b ist eine Profilansicht eines bekannten Substrats, bevor das Substrat in diskrete Segmente aufgeteilt wurde.
5a bis 5c sind Querschnittsansichten diskreter Segmente eines bekannten Prägestempels, der selektiv geätzt wurde, um die bekannten Prägemuster zu definieren.
6 ist eine Profilansicht, die eine Prägefläche und eine nichtstrukturierbare Fläche des bekannten Prägestempels zeigt.
7a bis 7d zeigen einen bekannten Prozess zum Pressen des bekannten Prägestempels in die bekannte Maskenschicht, um nanometergroße Muster zu bilden.
8 ist eine Profilansicht eines Mikromerkmals gemäß der Erfindung.
9 ist eine Profilansicht einer Abstandhalterschicht, die über dem Mikromerkmal von 8 gebildet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Profilansicht eines Abstandhalters, der durch ein selektives Ätzen der Abstandhalterschicht von 9 gebildet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
11a bis 11f zeigen einen Prozess zum Bilden eines großflächigen Prägungsstempels gemäß der vorliegenden Erfindung.
12a bis 12c sind obere Profilansichten von Mikromerkmalen und lateralen Abstandhaltern mit komplexen Formen gemäß der vorliegenden Erfindung.
13a bis 13c sind Querschnittsansichten, die einen Prozess zum Bilden der Mikromerkmale und lateralen Abstandhalter von 12a bis 12c zeigen.
14 ist eine Profilansicht eines großflächigen Prägungsstempels, der durch ein selektives Ätzen der Mikromerkmale und lateralen Abstandhalter von 13c gebildet ist.
15 ist eine Profilansicht, die ein Prägeprofil zeigt, das durch Mikromerkmale und laterale Abstandhalter mit komplexen Formen gebildet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Querschnittsansicht verschiedener Schichten von Materialien, die verwendet werden können, um einen großflächigen Prägungsstempel gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden.
17 ist eine Querschnittsansicht eines Mikromerkmals und lateraler Abstandhalter, die unter Verwendung eines Prozesses ähnlich einem LDD-Prozess gebildet sind, gemäß der vorliegenden Erfindung.
18a und 18b sind obere Draufsichten von Substraten, bei denen die Prägestempel im Wesentlichen die ganze Nutzfläche der Substrate einnehmen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
19a und 19b sind obere Draufsichten eines Substrats, das in eine Mehrzahl von Chips partitioniert wurde, und eines Chips, bei dem die Prägestempel im Wesentlichen die ganze Chipfläche des Chips einnehmen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Querschnittsansicht eines Prägestempels, bei dem eine Füllstoffschicht selektiv auf eine vorbestimmte Dicke geätzt wurde, gemäß der vorliegenden Erfindung.
21a bis 21d sind Querschnittsansichten, die die Bildung eines Mikromerkmals aus einer Merkmalsschicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
22 ist eine Profilansicht eines großflächigen Prägungsstempels und einer Maskenschicht, die in Kontakt miteinander gezwungen sind, um ein Prägeprofil auf die Maskenschicht zu übertragen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden detaillierten Beschreibung und den mehreren Figuren der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen identifiziert.
Wie es in den Zeichnungen zu Darstellungszwecken gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung in einem großflächigen Prägungsstempel verkörpert, der durch ein Substrat getragen ist, das eine Basisoberfläche mit einer an derselben definierten Nutzfläche umfasst. Eine Mehrzahl von Prägestempeln befinden sich in Kontakt mit der Basisoberfläche und erstrecken sich von der Basisoberfläche nach außen. Die Prägestempel sind voneinander beabstandet und nehmen im Wesentlichen die ganze Nutzfläche der Basisoberfläche ein. Jeder Prägestempel weist eine vorbestimmte Form auf und umfasst ein Mikromerkmal, das Seitenoberflächen aufweist, die einander gegenüberliegend positioniert sind, und eine Mehrzahl von lateralen Abstandhaltern, die an den gegenüberliegenden Seitenoberflächen gebildet sind und sich von den Seitenoberflächen nach außen erstrecken. Die lateralen Abstandhalter und die Mikromerkmale erstrecken sich ebenfalls von der Basisoberfläche nach außen und die lateralen Abstandhalter und die Mikromerkmale umfassen eine Höhe und eine Breite, die unter den lateralen Abstandhaltern und den Mikromerkmalen variiert, um ein Prägeprofil zu definieren. Das Prägeprofil kann komplexe Formen definieren, die als ein Muster an einer Maskenschicht geprägt werden können.
In 8 umfasst ein Substrat 11 eine Basisoberfläche 13, die eine Nutzfläche A_U aufweist, die durch ein Produkt einer Breite W und einer Länge L der Basisoberfläche 13 definiert ist, derart, dass die Nutzfläche A_U = W·L beträgt. Obwohl in 8 eine rechteckige Form dargestellt ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Form begrenzt, und es können andere Formen verwendet werden, wie beispielsweise eine kreisförmige Form, und die Nutzfläche A_U kann basierend auf der ausgewählten Form bestimmt sein. Die Nutzfläche A_U für eine kreisförmige Form betrüge beispielsweise A_U = 2π ·r². Eine Mehrzahl von Prägestempeln 20 befinden sich in Kontakt mit der Basisoberfläche 13 und erstrecken sich von der Basisoberfläche 13 nach außen (wie es unten beschrieben ist). Die Prägestempel 20 sind voneinander beabstandet und sind an der Basisoberfläche 13 positioniert, so dass die Prägestempel 20 im Wesentlichen die ganze Nutzfläche A_U einnehmen.
In 8 und 10 weist jeder Prägestempel 20 eine vorbestimmte Form auf und umfasst ein Mikromerkmal 21, das sich von der Basisoberfläche 13 nach außen erstreckt und gegenüberliegende Seitenoberflächen (22a, 22b) umfasst. Jeder Prägestempel 20 umfasst ferner eine Mehrzahl von lateralen Abstandhaltern 23 (in 10 sind zwei gezeigt), die sich von den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) des Mikromerkmals 21 lateral nach außen erstrecken, und die lateralen Abstandhalter 23 erstrecken sich ebenfalls von der Basisoberfläche 13 nach außen. Das Mikromerkmal 21 und die lateralen Abstandhalter 23 umfassen eine Höhe und eine Breite, die unter dem Mikromerkmal 21 und den lateralen Abstandhaltern 23 variiert, um ein Prägeprofil 24 zu definieren (wie es unten beschrieben ist).
In 9 können die lateralen Abstandhalter 23 durch ein Aufbringen eines Materials für eine Abstandhalterschicht 23a an dem Mikromerkmal 21 und der Basisoberfläche 13 unter Verwendung von Aufbringungsprozessen gebildet sein, die auf dem Mikroelektronikgebiet gut bekannt sind, wie beispielsweise eine chemische Dampfaufbringung (CVD = Chemical Vapor Deposition) oder eine Atomschichtaufbringung (ALD = Atomic Layer Deposition). Das Material für die Abstandhalterschicht 23a ist vorzugsweise konform über dem Mikromerkmal 21 und der Basisoberfläche 13 aufgebracht, so dass eine erste Dicke t₁ des Materials an der gegenüberliegenden Seitenoberfläche (22a, 22b) im Wesentlichen gleich einer zweiten Dicke t₂ des Materials an der Basisoberfläche 13 und einer oberen Oberfläche 25 des Mikromerkmals 21 ist (t₁ t₂). Das heißt, die laterale Wachstumsrate des Materials ist im Wesentlichen gleich der vertikalen Wachstumsrate des Materials. Ein Abschnitt der Abstandhalterschicht 23a, der an der oberen Oberfläche 25 und der Basisoberfläche 13 angeordnet ist, wird unter Verwendung eines höchst selektiven Ätzprozesses entfernt, wie beispielsweise einer anisotropen Ätzung, die das Material mit einer schnelleren Ätzrate in eine bevorzugte Ätzrichtung ätzt, die durch einen gestrichelten Pfeil E angegeben ist. Folglich wird das Material, das die obere Oberfläche 25 und die Basisoberfläche 13 bedeckt, entfernt und verbleibt das Material, das die gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) bedeckt, und bildet die lateralen Abstandhalter 23, wie es in 10 gezeigt ist.
In 11a sind eine Mehrzahl von Mikromerkmalen 21 an der Basisoberfläche 13 des Substrats 11 gebildet. Nach einem konformen Aufbringen und anschließenden selektiven Ätzen eines Materials für die lateralen Abstandhalter 23, werden eine Mehrzahl von lateralen Abstandhaltern 23 an den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) gebildet, wie es in 11b gezeigt ist.
Der Aufbringungsprozess kann, falls nötig, wiederholt werden um zusätzliche laterale Abstandhalter 23 zu bilden, wie es in 11c und 11d gezeigt ist. Jeder Aufbringungsschritt ist gefolgt von einen selektiven Ätzschritt.
In 11e werden, nachdem die erwünschte Anzahl von lateralen Abstandhaltern 23 gebildet sind, die Mehrzahl von Mikromerkmalen 21 und die zugeordneten lateralen Abstandhalter 23 derselben durch einen Planarisierungsprozess, wie beispielsweise eine chemische mechanische Planarisierung (CMP = Chemical Mechanical Planarization) planarisiert (d. h. im Wesentlichen flach gemacht). Nach dem Planarisierungsschritt erstrecken sich die Mikromerkmale 21 und die zugeordneten lateralen Abstandhalter 23 derselben von der Basisoberfläche 13 um eine im Wesentlichen einheitliche Höhe h₀ nach außen.
In 11f wird ein großflächiger Prägungsstempel 10 für nanometergroße Muster durch ein selektives Ätzen der Mikromerkmale 21 und der lateralen Abstandhalter 23 gebildet. Beispielsweise kann ein Ätzmittel ausgewählt sein, um lediglich die Mikromerkmale 21 zu ätzen, derart, dass die Höhe der Mikromerkmale 21 (d. h. die Höhe, um die sich dieselben von der Basisoberfläche 13 nach außen erstrecken) mit einer Ätzzeit abnimmt. Folglich gibt es nach dem Ätzprozess Höhenvariationen (h₁ und h₂) zwischen den Mikro merkmalen 21 und den zugeordneten lateralen Abstandhaltern 23 derselben. Diese Höhenvariationen (h₁ und h₂) definieren das Prägeprofil 24 für jeden Prägestempel 20.
Abhängig von den Materialien, aus denen die verschiedenen lateralen Abstandhalter 23 und die Mikromerkmale 21 hergestellt sind, kann ein Ätzmittel gewählt sein, um lediglich eines oder mehrere dieser Materialien zu ätzen, um die Höhe dieser Materialien zu reduzieren, während jene Materialien, auf die durch das Ätzmittel nicht abgezielt wird, nicht geätzt werden. Folglich gibt es nach dem Ätzprozess Höhenvariationen unter den lateralen Abstandhaltern 23 und den Mikromerkmalen 21, die das Prägeprofil 24 jedes Prägestempels 20 definieren.
Die vorbestimmte Form jedes Prägestempels 20 ist durch mehrere Faktoren definiert, einschließlich: des lithographischen Prozesses, der verwendet wird, um die Mikromerkmale 21 und die lateralen Abstandhalter 23 zu definieren; der Materialien, die für die Mikromerkmale 21 verwendet werden; und der lateralen Abstandhalter 23 und des Ätzmittels und der Ätzprozesse, die verwendet werden, um das Prägeprofil 24 jedes Prägestempels 20 zu definieren. Die vorbestimmte Form kann eine identische Form unter allen Prägestempeln 20 sein, die vorbestimmte Form kann unter allen Prägestempeln 20 variieren oder die vorbestimmte Form kann eine Kombination von identischen Formen und Formen sein, die unter allen Prägestempeln 20 variieren.
In 11f ist die vorbestimmte Form der Prägestempel 20 unter allen Prägestempeln 20 identisch. Im Gegensatz dazu weisen in 14 und 15 die Prägestempel 20 eine vorbestimmte Form auf, die unter allen Prägestempeln 20 (zwei sind gezeigt) variiert. Wie es in 11f, 14 und 15 gezeigt ist, können die Prägestempel 20 Prägeprofile 24 aufweisen, die komplexe Formen definieren.
In 12a bis 12c sind die komplexen Formen für die Prägestempel 20 von 14 durch zuerst ein Aufbringen der Mikromerkmale 21 an der Basisoberfläche 13 gebildet. In 12a weisen die Mikromerkmale 21 eine kreisförmige Form und eine Rautenform auf; diese Formen sind jedoch lediglich zu Darstellungszwecken vorgesehen und die vorliegende Erfindung soll nicht als auf lediglich diese hierin beschriebenen Formen begrenzt aufgefasst werden. In 12b sind gleichermaßen laterale Abstandhalter 23, die eine Form aufweisen, die konform zu dieser des Mikromerkmals 23 ist, an der Basisoberfläche 13 und den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) (nicht gezeigt) gebildet. In 12c ist noch eine andere Schicht von lateralen Abstandhaltern 23 an der vorhergehenden Schicht von lateralen Abstandhaltern 23 gebildet.
13a bis 13c sind Querschnittsansichten entlang einer gestrichelten Linie AA von 12c. In 13a ist eine Füllstoffschicht 31 zwischen benachbarten Prägestempeln 20 aufgebracht. Ein Planarisierungsschritt wird verwendet, um die gesamte Struktur zu planarisieren, derart, dass die Füllstoffschicht 31, die Mikromerkmale 21 und die lateralen Abstandhalter 23 sich von der Basisoberfläche 13 um die im Wesentlichen einheitliche Höhe h₀ nach außen erstrecken und eine im Wesentlichen planare Oberfläche definieren, wie es durch eine gestrichelte Linie x angegeben ist.
In 14 werden nach einem oder mehreren Selektivätzschritten die lateralen Abstandhalter 23 und die Füllstoffschicht 31 mit einer höheren Ätzrate als die Mikromerkmale 21 von 13c geätzt, was darin resultiert, dass sich die Mikromerkmale 21 von der Basisoberfläche 13 am weitesten nach außen erstrecken. Zusätzlich resultieren Unterschiede bei Ätzraten und Materialien, die für die lateralen Abstandhalter 23 verwendet werden, darin, dass sich ein Innerster der lateralen Abstandhalter 23 von der Basisoberfläche 13 um einen größeren Abstand als ein Äußerster der lateralen Abstandhalter 23 nach außen erstreckt. Folglich weisen die Prägestempel 20 von 14 ein Prägeprofil 24 auf, das konzentrische kreisförmige und konzentrische rechteckige Formen definiert. In 15 sind andere mögliche komplexe Formen für die Prägemuster 20 dargestellt. Lithographische Prozesse und Photoresistmasken können verwendet werden, um komplexe Prägeprofile 24 wie diese zu definieren, die in 15 gezeigt sind.
16 ist eine Querschnittsansicht, die eine Mehrzahl von Mikromerkmalen 21 (als B bezeichnet) und lateralen Abstandhaltern 23 (als D, E & F bezeichnet) zeigt, die an einem Substrat 13 (als A bezeichnet) gebildet und planarisiert sind. Für alle hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele kann ein Material B für die Mikromerkmale 21 und können Materialien D, E & F für die lateralen Abstandhalter 23 ein Material sein, das diese, die in Tabelle 1 unten dargelegt sind, umfasst, aber nicht darauf begrenzt ist:
TABELLE 1
In 16 wechseln sich die Schichten aus Materialien D, E & F für die lateralen Abstandhalter 23 ab, derart, dass die Materialien für D, E & F unterschiedliche Materialien oder die gleichen Materialien sein können. Beispielsweise können D, E & F identische Materialien sein, die mit unterschiedlichen Fremdstoffen dotiert sind, um die jeweiligen Ätzraten derselben zu ändern.
Optional kann eine Füllstoffschicht 31 (als C bezeichnet) zwischen benachbarten Prägestempeln 20 angeordnet sein. Die Füllstoffschicht 31 kann ein Material sein, das diese, die in Tabelle 2 unten dargelegt sind, umfasst, aber nicht darauf begrenzt ist:
TABELLE 2
Das Substrat 11 (als A bezeichnet) kann aus einem Material hergestellt sein, das diese, die in 3 unten dargelegt sind, umfasst, aber nicht darauf begrenzt ist:
TABELLE 3
Optional kann das Substrat (als A bezeichnet) an einem Tragesubstrat S gebildet sein. Das Substrat 11 kann beispielsweise eine Schicht aus Siliziumoxid (SiO₂) sein und das Tragesubstrat S kann ein Halbleitermaterial wie Silizium (Si) sein. Beispielsweise kann das Tragesubstrat S ein Wafer aus Einkristallsilizium (Si) sein.
Wie es oben angemerkt war, können die Prägestempel 20 im Wesentlichen die ganze Nutzfläche A_U = W·L einnehmen. In einigen Fällen jedoch kann es erwünscht oder notwendig sein, dass die Prägestempel eine Fläche einnehmen, die geringer als im Wesentlichen die ganze Nutzfläche A_U ist. In 18a und 18b nehmen die Prägestempel 20 eine Fläche A_P ein, die geringer als die Nutzfläche A_U ist. In 18a weist das Substrat 11 eine rechteckige Form auf und in 18b weist das Substrat 11 eine kreisförmige Form auf. In jedem Fall lässt die Fläche A_P einen Abschnitt des Substrats 11 unbesetzt und diese unbesetzte Fläche kann verwendet werden, um das Substrat 11 während einer mikroelektronischen Fertigung des großflächigen, nanometergroßen Prägungsstempels 10 physisch zu handhaben.
In 19a kann der großflächige Prägungsstempel 10 für nanometergroße Muster an einer Mehrzahl von Chips 50 gebildet sein, die an dem Substrat 11 gebildet sind. Die Chips 50 sind voneinander in einer Weise beabstandet, die ähnlich dem Chip ist, der bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet wird, wie beispielsweise einer ASIC, wobei die Leerräume zwischen benachbarten Chips Ritzmarkierungen definieren, die bei einem Sägen des Substrats in einzelne Chips verwendet werden. Falls beispielsweise das Substrat 11 ein Wafer aus Silizium (Si) ist, dann wird der Wafer entlang den Ritzlinien gesägt, um die einzelnen Chips 50 von dem Wafer zu trennen.
Ein Chip 50, der durch gestrichelte Linien dd bezeichnet ist, ist in 19b detaillierter gezeigt, wobei der Chip 50 eine Chipfläche aufweist, die als das Produkt von W_D L_D definiert ist, und die Prägestempel 20 eine Teilfläche A_P einnehmen, die im Wesentlichen die ganze Chipfläche (d. h. W_D·L_D) sein kann oder geringer als eine Chipfläche sein kann. In 19b ist die Teilfläche A_P geringer als die Chipfläche (W_D·L_D).
Der großflächige Prägungsstempel 10 kann unter Verwendung gut bekannter Mikroelektronikverarbeitungstechniken gebildet sein. In 21a bis 21d können die Mikromerkmale 21 durch ein Aufbringen einer Merkmalsschicht 21a an der Nutzfläche A_U der Basisoberfläche 13 des Substrats 11 gebildet werden. Die Merkmalsschicht 21a kann dann lithographisch strukturiert 27 und dann trockengeätzt werden, um eine Mehrzahl der Mikromerkmale 21 zu definieren, die eine obere Oberfläche 25 und gegenüberliegende Seitenoberflächen (22a, 22b) aufweisen.
Als Nächstes wird eine Abstandhalterschicht 23a konform an den Mikromerkmalen 21 aufgewachsen, bis die Abstandhalterschicht 23a eine erwünschte Dicke (t₁, t₂) aufweist, die an der oberen Oberfläche 25 und den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) im Wesentlichen gleich ist (d. h. t₁ = t₂) (siehe Bezugszeichen 23a in 9). Ein Prozess, wie beispielsweise CVD, kann für das konforme Aufwachsen der Abstandhalterschicht verwendet werden.
Die Abstandhalterschicht 23a wird anisotrop geätzt, um einen Abschnitt der Abstandhalterschicht 23a zu entfernen, der an der oberen Oberfläche 25 angeordnet ist, wodurch eine Mehrzahl von Prägestempeln 20 definiert werden, die eine Mehrzahl von lateralen Abstandhaltern 23 umfassen, die an den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) der Mikromerkmale 21 angeordnet sind. Ein sehr selektiver Nass- oder Trockenätzprozess kann für den Schritt einer anisotropen Ätzung verwendet werden.
Der Schritt eines konformen Aufwachsens und der Schritt eines anisotropen Ätzens werden falls nötig wiederholt, um zusätzliche laterale Abstandhalter 23 an den Prägestempeln 20 zu definieren. Nach einem Abschließen der Schritte eines konformen Aufwachsens und eines anisotropen Ätzens werden die Prägestempel 20 planarisiert, so dass die Mikromerkmale 21 und die lateralen Abstandhalter 23 sich von der Basisoberfläche um eine im Wesentlichen identische Höhe h₀ nach außen erstrecken. Ein Prozess, wie beispielsweise CMP, kann für den Planarisierungsschritt verwendet werden.
Eines oder mehrere Ausgewählte der Mikromerkmale 21 und der lateralen Abstandhalter 23 werden selektiv geätzt, um das Prägeprofil 24 in den Prägestempeln 20 zu definieren. Der Selektivätzprozess wird falls nötig wiederholt, um eines oder mehrere Ausgewählte der Mikromerkmale 21 und der lateralen Abstandhalter 23 selektiv zu ätzen, um das Prägeprofil 24 weiter zu definieren. Ein anisotroper Nass- oder Trockenätzprozess kann verwendet werden, um die Mikromerkmale 21 und die lateralen Abstandhalter 23 selektiv zu ätzen.
Vor dem oben erwähnten Planarisierungsschritt kann eine Füllstoffschicht 31 über den Prägestempeln 20 aufgebracht werden. Die Füllstoffschicht 31 bedeckt die Prägestempel 20 vollständig. Nach dem Aufbringen der Füllstoffschicht 31 wird der Planarisierungsschritt verwendet, um die Prägestempel 20 und die Füllstoffschicht 31 zu planarisieren, so dass die Mikromerkmale 21, die lateralen Abstandhalter 23 und die Füllstoffschicht 31 sich von der Basisoberfläche 13 um die im Wesentlichen identische Höhe h₀ nach außen erstrecken. Nach dem Planarisierungsschritt kann die Füllstoffschicht 31 selektiv geätzt werden, bis die Füllstoffschicht 31 eine vorbestimmte Dicke t_f erreicht. Das heißt, die Füllstoffschicht 31 wird geätzt, bis dieselbe unter die im Wesentlichen identische Höhe h₀ ausgenommen ist (siehe 20).
In 22 wird der großflächige Prägungsstempel 10 mit einem Maskensubstrat 61, das eine Filmschicht 63 und eine Maskenschicht 65 trägt, in Kontakt gezwungen (siehe gestrichelter Pfeil U). Die Maskenschicht 65 kann beispielsweise ein Photoresistmaterial sein, wie beispielsweise PMMA, das sich verformt und konform zu den Prägeprofilen 24 der Prägestempel 20 ist, wenn der großflächige, nanometergroße Prägungsstempel 10 und das Maskensubstrat 61 in Kontakt miteinander gepresst U werden. Bei nachfolgenden Verarbeitungsschritten kann die Maskenschicht geätzt werden, um die Prägemuster, die in derselben durch die Prägeprofile 24 gebildet sind, auf die darunter liegende Filmschicht 63 zu übertragen.
In 17 umfasst ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des großflächigen Prägungsstempels 10 unter Verwendung der Abstandhaltertechnik ein Verwenden eines Prozesses, der ähnlich einem mikroelektronischen Prozess zum Bilden eines n-Gates für ein schwach dotiertes Drain (LDD = Lightly Doped Drain) eines Metalloxidhalbleitertransistors (MOS-Transistor; MOS = Metal Oxide Semiconductor) ist. Das Substrat 11 kann ein Siliziumsubstrat (Si-Substrat) sein, auf dem eine dünne dielektrische Gate-Schicht 41 an der Basisoberfläche 13 aufgebracht ist. Die dielektrische Gate-Schicht 41 kann beispielsweise Siliziumdioxid (SiO₂) sein. Als Nächstes wird eine Gate-Elektrode, die als g bezeichnet ist, an der dielektrischen Gate-Schicht 41 gebildet und die Gate-Elektrode g bildet das Mikromerkmal 21. Ein Material, wie beispielsweise Polysilizium, kann zum Beispiel verwendet werden, um das Mikromerkmal 21 zu bilden. Nach dem Bilden des Mikromerkmals 21 kann eine Abstandhalterschicht 23a konform über dem Mikromerkmal 21 aufgebracht und dann anisotrop geätzt werden, um die lateralen Abstandhalter 23 zu bilden. Ein Material, wie beispielsweise Siliziumnitrid (Si₃N₄) kann beispielsweise für die Abstandhalterschicht 23a verwendet werden. Ein Prozess, wie beispielsweise eine CVD, kann verwendet werden, um die Abstandhalterschicht 23a konform aufzubringen.
In 17 wird ein Schritt einer konformen Aufbringung gefolgt von einem Schritt einer anisotropen Ätzung zwei Mal wiederholt, um zwei laterale Abstandhalter 23 zu definieren, die sich von den gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Mikromerkmals 21 nach außen erstrecken. Die tatsächliche Anzahl von lateralen Abstandhaltern 23 ist durch die Anzahl von Schritten einer konformen Aufbringung und der Anzahl von Schritten einer anisotropen Ätzung bestimmt.
Die Mikromerkmale 21 können eine Abmessung t₀ aufweisen, die zum Teil durch einen lithographischen Prozess und einen Ätzprozess bestimmt sein kann, die verwendet werden, um die Mikromerkmale 21 zu definieren. Die Abmessung t₀ kann beispielsweise etwa 0,10 μm betragen. Gleichermaßen können die lateralen Abstandhalter 23 Abmessungen t₁ und t₂ aufweisen, die identisch sein können oder unter den lateralen Abstandhaltern 23 variieren können. Die Abmessungen t₁ und t₂ können beispielsweise etwa 0,010 μm betragen. Nach dem zuvor erwähnten Planarisierungsschritt sind die Höhenvariationen unter den lateralen Abstandhaltern 23 und den Mikromerkmalen 21 durch die jeweiligen Materialien derselben und die anisotropen Ätzprozesse bestimmt, denen die lateralen Abstandhalter 23 und die Mikromerkmale 21 unterzogen sind. Die Abmessungen für t₀, t₁ und t₂ sind nicht auf die hierin dargelegten Werte beschränkt und die tatsächlichen Abmessungen für t₀, t₁ und t₂ sind anwendungsabhängig.
Lediglich zu Darstellungszwecken kann eine Source s und ein Drain d in dem Substrat 11 gebildet sein und können eine schwach dotierte Region 43 und eine stark dotierte Region 45 umfassen. Bei einem typischen LDD-Prozess würde die schwach dotierte Region 43 durch ein Implantieren einer schwachen Dosis eines Dotiermittels in das Substrat 11 unter Verwendung der Gate-Elektrode g als eine Maske gebildet. Nach der Bildung des lateralen Abstandhalters 23 würde als Nächstes die stark dotierte Region 45 durch ein Implantieren einer starken Dosis eines Dotiermittels in das Substrat 11 unter Verwendung des lateralen Abstandhalters 23 als eine Maske gebildet.
Die oben erwähnten Schritte zum Bilden der schwach dotierten Region 43 und einer stark dotierten Region 45 sind jedoch zum Herstellen des großflächigen, nanometergroßen Prägungsstempels 10 unter Verwendung der Abstandhaltertech nik nicht notwendig und können gänzlich eliminiert werden. Die dielektrische Gate-Schicht 41 ist optional und kann ebenfalls eliminiert werden. Die Mikromerkmale 21 und die lateralen Abstandhalter 23 können ohne die Implantationsschritte gebildet werden und die obige Beschreibung des LDD-Prozesses dient lediglich dazu, darzustellen, wie Mikroelektronikfertigungstechniken, die Fachleuten auf dem Mikroelektronikgebiet gut verständlich sind (z. B. ein CMOS-Prozess), angepasst werden können, um den großflächigen Prägungsstempel 10 unter Verwendung der Abstandhaltertechnik der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Obwohl mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung offenbart und dargestellt wurden, ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen von Teilen begrenzt, die so beschrieben und dargestellt sind. Die Erfindung ist lediglich durch die Ansprüche begrenzt.

Claims

Ein Prägungsstempel (10) für nanometergroße Muster, der folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (11), das eine Basisoberfläche (13) mit einer Nutzfläche A_U umfasst; eine Mehrzahl von Prägestempeln (20), die sich in Kontakt mit der Basisoberfläche (13) befinden und sich von derselben nach außen erstrecken, wobei die Prägestempel (20) voneinander beabstandet sind und die Prägestempel (20) positioniert sind, so dass dieselben im Wesentlichen die ganze Nutzfläche A_U einnehmen, dadurch gekennzeichnet, das jeder Prägestempel (20) eine vorbestimmte Form aufweist und ein Mikromerkmal (21) umfasst, wobei das Mikromerkmal (21) gegenüberliegende Seitenoberflächen (22a, 22b) und eine obere Oberfläche (25) aufweist und jeder Prägestempel ferner eine Mehrzahl von lateralen Abstandhaltern (23) an den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) aufweist, wobei das Mikromerkmal (21) und die lateralen Abstandhalter (23) sich von der Basisoberfläche (13) nach außen erstrecken und das Mikromerkmal (21) und die lateralen Abstandhalter (23) eine Höhe (h₁, h₂) mit Bezug auf die Basisoberfläche (13) und eine Breite umfassen, die zwischen dem Mikromerkmal (21) und den lateralen Abstandhaltern (23) variiert, um ein Prägeprofil (24) zu definieren.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß Anspruch 1, bei dem die vorbestimmte Form eine Form ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Form, die unter allen Prägestempeln (20) identisch ist, einer Form, die unter allen Prägestempeln (20) variiert, und einer Kombination von Formen, die identisch sind, und Formen, die unter allen Prägestempeln (20) variieren, besteht.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Mikromerkmal (21) aus einem Material hergestellt ist, das Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Polysilizium, ein Metall, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, diamantähnlicher Kohlenstoff oder ein Silicid ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der laterale Abstandhalter (23) aus einem Material hergestellt ist, das Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Polysilizium, ein Metall, Siliziumoxinitrid, Siliziumkarbid, diamantähnlicher Kohlenstoff oder ein Silicid ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat (11) aus einem Material hergestellt ist, das ein Glas, PYREX (TM), Siliziumoxid, Aluminiumoxid oder Indiumphosphid ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Substrat ein Halbleitermaterial ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß Anspruch 6, bei dem das Halbleitermaterial Silizium ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine Füllstoffschicht (31) umfasst, die zwischen benachbarten Prägestempeln (20) angeordnet ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß Anspruch 8, bei dem die Füllstoffschicht (31) ein Material ist, das ein Tetraethylorthosilikat, ein bordotiertes Tetraethylorthosilikat, ein phosphordotiertes Tetraethylorthosilikat oder ein bor- und phosphordotiertes Tetraethylorthosilikat ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Prägestempel (20) eine Fläche A_p einnehmen, die geringer als die ganze Nutzfläche A_U ist.
Ein Prägungsstempel (10) gemäß Anspruch 10, bei dem die Fläche A_p in eine Mehrzahl von Chips (50) partitioniert ist, die Chips (50) voneinander beabstandet sind, jeder Chip (50) eine Chipfläche umfasst und die Prägestempel innerhalb jedes Chips (50) eine Teilfläche A_p einnehmen, die entweder den gesamten Chip oder weniger als die Chipfläche beträgt.
Ein Verfahren zum Bilden eines Prägungsstempels (10) für nanometergroße Muster, das folgende Schritte aufweist: Aufbringen einer Merkmalsschicht (21a) an einer Nutzfläche A_U einer Basisoberfläche (13) eines Substrats (11); Strukturieren und anschließendes Trockenätzen der Merkmalsschicht (21a), um eine Mehrzahl von Mikromerkmalen (21) zu definieren, die eine obere Oberfläche (25) und gegenüberliegende Seitenoberflächen (22a, 22b) aufweisen; gekennzeichnet durch ein konformes Aufwachsen einer Abstandhalterschicht (23a) an den Mikromerkmalen (21), bis die Abstandhalterschicht (23a) eine erwünschte Dicke (t₁, t₂) aufweist, die im Wesentlichen gleich der oberen und den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (25, 22a, 22b) ist; anisotropes Ätzen der Abstandhalterschicht (23a), um einen Abschnitt der Abstandhalterschicht (23a) zu entfernen, der an der oberen Oberfläche (25) angeordnet ist, um eine Mehrzahl von Prägestempeln (20) zu definieren, die eine Mehrzahl von lateralen Abstandhaltern (23) umfassen, die an den gegenüberliegenden Seitenoberflächen (22a, 22b) der jeweiligen Mikromerkmale (21) derselben angeordnet sind; Wiederholen der Schritte des konformen Aufwachsens und des anisotropen Ätzens, wenn nötig, um zusätzliche laterale Abstandhalter (23) an den Prägestempeln (20) zu definieren; Planarisieren der Prägestempel (20), so dass die Mikromerkmale (21) und die lateralen Abstandhalter (23) sich von der Basisoberfläche (13) um eine im Wesentlichen identische Höhe h₀ nach außen erstrecken; und selektives Ätzen eines ausgewählten oder mehrerer der lateralen Abstandhalter (23) und der Mikromerkmale (21), um ein Prägeprofil (24) in den Prägestempeln (20) zu definieren; und Wiederholen des Schrittes des selektiven Ätzens, wenn nötig, um einen ausgewählten oder mehrere des lateralen Abstandhalters (23) und der Mikromerkmale (21) selektiv zu ätzen, um das Prägeprofil (24) der Prägestempel (20) weiter zu definieren.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 12, das ferner vor dem Planarisierungsschritt ein Aufbringen einer Füllstoffschicht (31) aufweist, die die Prägestempel (20) vollständig bedeckt, gefolgt durch den Planarisierungsschritt, um die Prägestempel (20) und die Füllstoffschicht (31) zu planarisieren, so dass die Mikromerkmale (21), die lateralen Abstandhalter (23) und die Füllstoffschicht (31) sich von der Basisoberfläche (13) um eine im Wesentlichen identische Höhe h₀ nach außen erstrecken.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 13, bei dem der Schritt des selektiven Ätzens ein selektives Ätzen der Füllstoffschicht (31) auf eine vorbestimmte Dicke t_f umfasst.