DE60301295T2

DE60301295T2 - Verfahren zur Herstellung einer sub-lithographischen Durchgangsleitung

Info

Publication number: DE60301295T2
Application number: DE60301295T
Authority: DE
Inventors: Heon Pohang-Si Lee; Thomas C. Anthony; Lung T. Tran
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2023-04-23
Also published as: DE60301295D1; US20030211729A1; US6673714B2; CN1453640A; EP1359609A2; EP1359609B1; EP1359609A3; JP2003338458A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Herstellen eines unterlithographisch dimensionierten Durchgangsloches, wobei eine sich ergebende unterlithographische Merkmalsgröße des Durchgangsloches geringer als eine Lithographiegrenze eines lithographischen Systems ist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines unterlithographisch dimensionierten Durchgangsloches unter Verwendung dualer Polymerschichten mit unterschiedlichen Ätzraten, um ein Durchgangsloch zu bilden, das eine unterlithographische Merkmalsgröße aufweist, die geringer als eine Lithographiegrenze eines lithographischen Systems ist.
Ein Standardverfahren in der Mikroelektronikindustrie zum Strukturieren von Merkmalen an einem Substrat verwendet bekannte photolithographische Prozesse. Normalerweise wird eine Schicht eines Photoresist auf ein Substratmaterial aufgetragen, gefolgt von einem Belichten des Photoresist mit einer Lichtquelle durch eine Maske. Die Maske umfasst strukturierte Merkmale, wie z. B. Linien und Leerräume, die auf den Photoresist zu übertragen sind. Nachdem der Photoresist belichtet worden ist, wird ein Lösungsmittel verwendet, um die Strukturen zu definieren, die auf den Photoresist übertragen wurden. Die Strukturen, die durch diesen Prozess erzeugt werden, sind normalerweise auf Linienbreiten beschränkt, die größer als eine Minimalauflösung λ eines photolithographischen Ausrichtungswerkzeugs sind, was letztendlich durch eine Lichtwellenlänge einer Lichtquelle beschränkt ist, die verwendet wird, um den Photoresist zu belichten. Derzeit ist ein photolithographisches Ausrichtungswerkzeug des neuesten technischen Standes in der Lage, Linienbreiten von nur 100nm zu drucken.
Merkmale, die in den Photoresist strukturiert sind, werden unter Verwendung bekannter Halbleiterprozesse, wie z. B. reaktives Ionenätzen, IOnenfräsen, Plasmaätzen oder chemisches Ätzen, in das Substratmaterial übertragen. Unter Verwendung von Standardhalbleiterverarbeitungsverfahren kann eine Linienbreite von λ oder ein Gitter (d. h. eine Linien-Leerraum-Sequenz) mit einer Periode von 2λ erzeugt werden.
Bei vielen Anwendungen ist es jedoch vorteilhaft, dass die Linienbreite oder die Periode so klein wie möglich ist. Kleinere Linienbreiten oder Perioden übersetzen sich in Schaltungen höherer Leistung und/oder höherer Dichte. Somit verfolgt die Mikroelektronikindustrie ständig das Ziel, die Minimalauflösung bei Photolithographiesystemen zu verringern und dadurch die Linienbreiten oder Perioden an strukturierten Substraten zu verringern. Die Steigerungen der Leistung und/oder Dichte können einen beträchtlichen wirtschaftlichen Vorteil mit sich bringen, da die Elektronikindustrie von einer Nachfrage nach schnelleren und kleineren Elektronikvorrichtungen getrieben wird. Ein Durchgangsloch ist nur ein Beispiel für eine Anwendung, bei der es erwünscht ist, eine Merkmalsgröße (d. h. eine unterlithographische Merkmalsgröße) zu haben, die kleiner als die Minimalauflösung λ ist.
Folglich besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Herstellen eines unterlithographisch dimensionierten Durchgangsloches, das eine Merkmalsgröße aufweist, die kleiner als eine Minimalauflösung eines photolithographischen Systems ist.
Die Druckschrift US-A-4997778 offenbart einen Prozess zum Erzeugen eines selbstausgerichteten Feldeffekttransistors, der einen verringerte Gate-Breite aufweist, wobei ein Mehrschichtresist verwendet wird, um eine Unterschneidung (als T-Form bekannt) und folglich ein Durchgangsloch durch Abheben zu bilden.
Das Verfahren zum Herstellen eines unterlithographisch dimensionierten Durchgangsloches der vorliegenden Erfindung befriedigt den erwähnten Bedarf an einer Merkmalsgröße, die kleiner als eine Minimalauflösung eines photolithographischen Systems ist.
Die Merkmalsgrößenbeschränkungen, die durch die Minimalauflösung eines photolithographischen Systems auferlegt sind, werden durch ein Aufbringen einer ersten Polymerschicht auf einer darunter liegenden Schicht gefolgt von einem Aufbringen einer zweiten Polymerschicht auf der ersten Polymerschicht gelöst. Die erste Polymerschicht muss nicht photoaktiv sein. Andererseits muss die zweite Polymerschicht photoaktiv sein, so dass dieselbe mit einer Struktur belichtet werden kann. Die zweite Polymerschicht wird lithographisch strukturiert, um eine Ätzmaske darin zu definieren, die eine Merkmalsgröße aufweist, die innerhalb einer Lithographiegrenze eines lithographischen Systems liegt, das verwendet wird, um die zweite Polymerschicht zu strukturieren. Ein Ätzprozess wird verwendet, um die gesamte erste Polymerschicht zu entfernen mit Ausnahme der Abschnitte der ersten Polymerschicht, die unter der Ätzmaske positioniert sind.
Ein verbleibender Abschnitt der ersten Polymerschicht weist eine erste Ätzrate bei einem isotropen Ätzmittel auf, und die zweite Polymerschicht (d. h. die Ätzmaske) weist eine zweite Ätzrate bei dem gleichen isotropen Ätzmittel auf. Die erste Ätzrate ist vorausgewählt, um schneller zu sein als die zweite Ätzrate, wenn die erste und die zweite Polymerschicht isotrop geätzt werden. Die Ätzmaske und die erste Polymerschicht werden isotrop geätzt, so dass die erste Polymerschicht sich in einer im Wesentlichen lateralen Richtung mit einer schnelleren Rate als die Ätzmaske auflöst. Die erste Polymerschicht geht entlang der Oberfläche der darunter liegenden Schicht zurück, wobei eine freiliegende Oberfläche an der darunter liegenden Schicht definiert wird, und die erste Polymerschicht geht entlang der Ätzmaske zurück, wobei ein Unterschneidungsabschnitt an der Ätzmaske definiert wird. Das isotrope Ätzen wird fortgeführt, bis die erste Polymerschicht sich zu einer unterli thographischen Merkmalsgröße aufgelöst hat, die geringer ist als die Lithographiegrenze.
Eine dielektrische Schicht wird dann auf den freiliegenden Abschnitt und auf im Wesentlichen die gesamte Ätzmaske mit Ausnahme des Unterschneidungsabschnitts aufgebracht. Die dielektrische Schicht bildet eine Durchgangslochseitenwand, die benachbart zu der ersten Polymerschicht positioniert ist. Die Ätzmaske und die erste Polymerschicht werden durch einen Abhebeprozess entfernt, um ein unterlithographisch dimensioniertes Durchgangsloch zu definieren, das eine minimale Merkmalsgröße umfasst, die im Wesentlichen gleich der unterlithographischen Grenze ist.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, die anhand von Beispielen eine Anzahl bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
1 ist eine Querschnittsansicht einer darunter liegenden Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine zweite Polymerschicht zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine erste Polymerschicht aufgebracht wurde.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Strukturierung der zweiten Polymerschicht, um gemäß der vorliegenden Erfindung eine Ätzmaske darin zu definieren.
4a und 4b sind Querschnittsansichten einer ersten Polymerschicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung unter einer Ätzmaske positioniert ist.
5 und 6 sind Querschnittsansichten eines isotropen Ätzens der ersten Polymerschicht und der Ätzmaske gemäß der vorliegenden Erfindung.
7a und 7b sind Querschnittsansichten einer dielektrischen Schicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Ätzmaske und auf einen freiliegenden Abschnitt aufgebracht ist.
8a und 8b sind Querschnittsansichten eines unterlithographisch dimensionierten Durchgangsloches gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden detaillierten Beschreibung und in den mehreren Figuren der Zeichnungen sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert.
Wie es in den Zeichnungen zu Veranschaulichungszwecken gezeigt ist, ist die vorliegende Erfindung in einem Verfahren zum Herstellen eines unterlithographisch dimensionierten Durchgangsloches ausgeführt. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen einer ersten Polymerschicht, die eine erste Ätzrate bei einem isotropen Ätzmittel aufweist, auf eine Oberfläche einer darunter liegenden Schicht, und dann ein Aufbringen einer zweiten Polymerschicht, die eine zweite Ätzrate bei dem gleichen isotropen Ätzmittel aufweist, auf die erste Polymerschicht. Die erste Ätzrate ist vorausgewählt, um schneller als die zweite Ätzrate zu sein, wenn die erste und die zweite Polymerschicht isotrop geätzt werden. Die zweite Polymerschicht wird photolithographisch strukturiert, um eine Ätzmaske in der zweiten Polymerschicht zu definieren. Die Ätzmaske umfasst eine Merkmalsgröße, die innerhalb einer Lithographiegrenze eines lithographischen Systems liegt, das zum Strukturieren der zweiten Polymerschicht verwendet wurde. Falls die Lithographiegrenze des lithographischen Systems λ_L ist, dann ist die Merkmalsgröße der Ätzmaske größer oder gleich λ_L.
Die erste Polymerschicht wird anisotrop geätzt, um Abschnitte der ersten Polymerschicht, die nicht durch die Ätzmaske bedeckt sind, aufzulösen. Folglich bilden nach dem anisotropen Ätzen die erste Polymerschicht und die Ätzmaske eine gestapelte Zweipolymerschicht, die sich bezüglich der darunter liegenden Schicht nach außen erstreckt.
Die erste Polymerschicht und die Ätzmaske werden derart isotrop geätzt, dass die erste Polymerschicht sich in einer im Wesentlichen lateralen Richtung mit einer schnelleren Rate auflöst als die Ätzmaske. Zum Beispiel könnte ein Plasmaätzen in einem Sauerstoff enthaltenden Plasma verwendet werden, um die Polymere zu ätzen. Die erste Polymerschicht geht entlang der Oberfläche der darunter liegenden Schicht zurück und definiert eine freiliegende Oberfläche auf der darunter liegenden Schicht. Die erste Polymerschicht geht auch entlang der Ätzmaske zurück und definiert darauf einen Unterschneidungsabschnitt. Das isotrope Ätzen wird fortgeführt, bis sich die erste Polymerschicht zu einer unterlithographischen Merkmalsgröße aufgelöst hat, die geringer als die Lithographiegrenze ist. Im Wesentlichen bilden die Ätzmaske und die unterlithographische Merkmalsgröße der ersten Polymerschicht nach dem isotropen Ätzen eine Struktur, die zu einem Regenschirm oder einem Pilz analog ist, der die unterlithographische Merkmalsgröße der ersten Polymerschicht und einen Abschnitt der freiliegenden Oberfläche der darunter liegenden Schicht überspannt.
Eine dielektrische Schicht wird auf den freiliegenden Abschnitt der darunter liegenden Schicht und auf im Wesentlichen die gesamte Ätzmaske mit Ausnahme des Unterschneidungsabschnitts aufgebracht, derart, dass eine obere Oberfläche und eine Seitenoberfläche der Ätzmaske im Wesentlichen durch die dielektrische Schicht bedeckt sind. Eine untere Oberfläche (d. h. der Unterschneidungsabschnitt) der Ätzmaske ist jedoch nicht durch die dielektrische Schicht bedeckt. Außerdem bildet die dielektrische Schicht, die auf den freiliegenden Abschnitt aufgebracht ist, eine Durch gangslochseitenwand, die benachbart zu der ersten Polymerschicht positioniert ist.
Die Ätzmaske und die erste Polymerschicht werden abgehoben, um ein unterlithographisch dimensioniertes Durchgangsloch zu definieren, das eine minimale Merkmalsgröße umfasst, die im Wesentlichen gleich der unterlithographischen Merkmalsgröße ist.
In 1 trägt ein Substrat 17 eine darunter liegende Schicht 15 darin. Eine Oberfläche 14 der darunter liegenden Schicht 15 ist so gezeigt, dass dieselbe bündig mit einer oberen Oberfläche 12 des Substrats 17 ist. Die darunter liegende Schicht 15 und die Oberfläche 14 müssen jedoch nicht miteinander bündig sein, und die darunter liegende Schicht 15 kann eine nicht planare Oberfläche aufweisen. Bei dem Substrat 17 kann es sich um eine Schicht eines dielektrischen Materials, wie z. B. Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄) handeln. Die darunter liegende Schicht 15 umfasst eine Merkmalsgröße L_F, die im Wesentlichen größer oder gleich einer Lithographiegrenze λ_L eines lithographischen Systems ist, das verwendet wird, um die darunter liegende Schicht 15 zu strukturieren. Falls zum Beispiel λ_L = 0,20 μm, dann L_F ≥ λ_L und L_F ≥ 0,20 μm. Zum Beispiel kann die darunter liegende Schicht 15 in dem Substrat 17 durch eine Vielzahl von Verfahren gebildet werden, die in der Mikroelektronik bekannt sind, einschließlich chemisch-mechanischer Planarisierung (CMP) oder einem Damaszenerprozess, falls es erwünscht ist, im Wesentlichen planare und bündige Oberflächen für die darunter liegende Schicht 15 und die Oberfläche 14 zu haben.
Die darunter liegende Schicht 15 kann in diskrete Segmente strukturiert sein, wie es in 1 gezeigt ist, oder die darunter liegende Schicht 15 kann eine durchgehende Schicht sein (siehe Bezugszeichen 15 in 8b). In jedem Fall umfasst die darunter liegende Schicht 15 die Merkmalsgröße L_F, die im Wesentlichen größer oder gleich einer Lithographiegrenze λ_L ist.
Bei der darunter liegenden Schicht 15 kann es sich um ein elektrisch leitfähiges Material handeln. Geeignete Materialien für die darunter liegende Schicht 15 umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, ein Metall, Aluminium (Al), Wolfram (W), Titan (Ti), Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu).
In 2 ist eine erste Polymerschicht 11 auf der Oberfläche 14 der darunter liegenden Schicht 15 aufgebracht. Die erste Polymerschicht 11 muss nicht photoaktiv sein. Die erste Polymerschicht 11 weist eine erste Ätzrate auf, wenn die erste Polymerschicht 11 isotrop geätzt wird.
Dann wird eine zweite Polymerschicht 13 auf die erste Polymerschicht 11 aufgetragen. Die zweite Polymerschicht 13 muss photoaktiv sein, so dass die zweite Polymerschicht 13 photolithographisch strukturiert werden kann. Die zweite Polymerschicht 13 weist eine zweite Ätzrate auf, wenn die zweite Polymerschicht 13 isotrop geätzt wird. Die erste Ätzrate ist vorausgewählt, um schneller als die zweite Ätzrate zu sein, wenn die erste und die zweite Polymerschicht (11, 13) isotrop geätzt werden.
Beispielsweise kann die erste Ätzrate der ersten Polymerschicht 11 um zumindest etwa 10,0 % schneller sein als die zweite Ätzrate der zweiten Polymerschicht 13. Als ein weiteres Beispiel kann die erste Ätzrate der ersten Polymerschicht 11 von etwa 10,0 % schneller bis zu etwa 20,0 schneller als die zweite Ätzrate sein. Das heißt, eine laterale Ätzrate der ersten Polymerschicht 11 kann von etwa 10,0 % schneller bis zu etwa 20,0 % schneller als eine laterale Ätzrate der zweiten Polymerschicht 13 sein, wenn die erste und die zweite Polymerschicht (11, 13) isotrop geätzt werden. Die erwähnten Werte sind nur Beispiele und die relativen Unterschiede zwischen der ersten Ätzrate und der zweiten Ätzrate sind nicht auf diese Werte beschränkt.
Die erste Polymerschicht 11 und die zweite Polymerschicht 13 können photoaktive Polymere sein, obwohl es sich bei der ersten Polymerschicht 11 nicht unbedingt um ein photoaktives Material handeln muss. Im Gegensatz dazu muss es sich bei der zweiten Polymerschicht 13 um ein photoaktives Material, wie z. B. ein photoaktives Photoresistmaterial, handeln.
In 3 wird die zweite Polymerschicht 13 lithographisch strukturiert. Zum Beispiel wird eine Maske 21, die ein Merkmal 23 darauf aufweist, mit einer Maskenmerkmalsgröße L_M, die größer oder gleich einer Lithographiegrenze λ_L eines lithographischen Systems ist, das verwendet wird, um die zweite Polymerschicht 13 zu strukturieren, durch ein Licht (35, 37) von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) beleuchtet. Die Maskenmerkmalsgröße L_M kann im Wesentlichen gleich der Merkmalsgröße L_F sein. Ein Teil des Lichts 37 wird durch das Merkmal 23 blockiert, während ein weiterer Teil des Lichts 35 durch die Maske 21 hindurchgeht und die zweite Polymerschicht 13 belichtet. Ein Abschnitt der zweiten Polymerschicht 13, der nicht durch das Licht 35 belichtet wird, definiert eine Ätzmaske (siehe Bezugszeichen 19 in 4a) in der zweiten Polymerschicht 13. Umgekehrt kann ein Material für die zweite Polymerschicht 13 derart ausgewählt sein, dass die Abschnitte der zweiten Polymerschicht 13, die dem Licht 35 ausgesetzt sind, die Ätzmaske 19 definieren. Die Ätzmaske 19 weist eine Merkmalsgröße L_F auf, die innerhalb der Lithographiegrenze λ_L (d. h. LF ≥ λ_L) eines lithographischen Systems liegt, das verwendet wird, um die Ätzmaske 19 zu strukturieren.
In 4a wird die zweite Polymerschicht 13 anisotrop geätzt, normalerweise in einer Photoresistentwicklerlösung, um die gesamte zweite Polymerschicht 13 mit Ausnahme der Ätzmaske 19 aufzulösen. In 4b wird das Ätzen fortgeführt, bis die Abschnitte der ersten Polymerschicht 11, die nicht durch die Ätzmaske 19 bedeckt sind, ebenfalls aufge löst sind. Folglich bilden die Ätzmaske 19 und die erste Polymerschicht 11 eine gestapelte Zweipolymerschicht 22, die sich bezüglich der darunter liegenden Schicht 15 nach außen erstreckt. Ein Entwickler, ein Lösungsmittel oder ein reaktives Ionenätzen können z. B. verwendet werden, um die erste und die zweite Polymerschicht (11, 13) anisotrop zu ätzen.
In 5 werden die erste Polymerschicht 11 und die Ätzmaske 19 isotrop geätzt. Während das isotrope Ätzen fortschreitet, löst sich die erste Polymerschicht 11 in einer im Wesentlichen lateralen Richtung R_L1 mit einer schnelleren Rate auf als die Ätzmaske 19, die sich ebenfalls in einer im Wesentlichen lateralen Richtung R_L2 auflöst. Außerdem geht die erste Polymerschicht 11, wenn sich dieselbe auflöst, auch entlang der Oberfläche 14 der darunter liegenden Schicht 15 zurück und definiert einen freiliegenden Abschnitt E, der nicht durch die erste Polymerschicht 11 bedeckt ist. Die erste Polymerschicht 11 geht auch entlang der Ätzmaske 19 zurück und definiert einen Unterschneidungsabschnitt U darauf, der nicht durch die erste Polymerschicht 11 bedeckt ist. Die schnellere Rückgangsrate der ersten Polymerschicht 11 relativ zu der langsameren Rückgangsrate der Ätzmaske 19 führt dazu, dass die erste Polymerschicht 11 bezüglich der Merkmalsgröße L_F schmäler wird.
Die erste Polymerschicht 11 und die Ätzmaske 19 können unter Verwendung eines isotropen Ätzprozesses isotrop geätzt werden, der Nassätzen, Plasmaätzen und Ätzen in einem Plasma, das ein Sauerstoff- (O₂) Gas aufweist, umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Zusätzlich können andere Gase, die Argon- (Ar) Gas, Helium- (He) Gas und ein Fluor (F) enthaltendes Gas umfassen, jedoch nicht darauf beschränkt sind, einzeln oder in Kombination zu dem Sauerstoff- (O₂) Gas hinzugefügt werden. Das Fluor enthaltende Gas kann CF₄, CHF₃, C₄F₈ oder SF₆ umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
In 6 wird das isotrope Ätzen fortgeführt, bis die erste Polymerschicht 11 sich zu einer unterlithographischen Merkmalsgröße S_F aufgelöst hat, die geringer als die Merkmalsgröße L_F ist. Aufgrund der Unterschiede bei der ersten und der zweiten Ätzrate der ersten Polymerschicht 11 und der Ätzmaske 19 geht die Ätzmaske 19 eine Strecke D₂ zurück, und die erste Polymerschicht 11 geht eine Strecke D₁ zurück, die größer als D₂ ist. Zu Veranschaulichungszwecken werden sowohl D₁ als auch D₂ relativ zu einem Umriss 19' (in gestrichelter Linie gezeigt) gemessen, der einen Umriss der ersten Polymerschicht 11 und der Ätzmaske 19 vor dem isotropen Ätzen darstellt. Der Endwert für die unterlithographische Merkmalsgröße S_F ist von der Anwendung abhängig und kann aufgrund einer Anzahl von Faktoren variieren, einschließlich der Materialien, die für die erste und die zweite Polymerschicht (11, 13) ausgewählt werden, und der Bedingungen und Materialien, die für den isotropen Ätzprozess ausgewählt werden. Der Endwert der unterlithographischen Merkmalsgröße S_F sollte so ausgewählt werden, dass derselbe nicht kleiner als ein minimaler Wert ist, der aufgrund der Masse der Ätzmaske 19 oder der kombinierten Masse der Ätzmaske 19 und einer dielektrischen Schicht 25 (siehe 7a und 7b) zu einem Brechen oder Kippen der ersten Polymerschicht 11 führen würde. Zum Beispiel kann die unterlithographische Merkmalsgröße S_F um einen Faktor in einem Bereich von etwa 0,40 bis etwa 0,80 kleiner als die Merkmalsgröße L_F oder die Lithographiegrenze λ_L sein. Falls beispielsweise L_F = λ_L = 0,12 μm und der Faktor 0,50 ist, dann S_F = 0,50·0,12 μm = 0,060 μm.
In 7a ist eine dielektrische Schicht 25 auf den freiliegenden Abschnitt E der darunter liegenden Schicht 15 und auf im Wesentlichen die gesamte Ätzmaske 19 aufgebracht; die dielektrische Schicht 25 bedeckt jedoch nicht den Unterschneidungsabschnitt U der Ätzmaske 19. Die dielektrische Schicht 25 bildet eine Durchgangslochseitenwand 27, die benachbart zu der ersten Polymerschicht 11 positioniert ist. Die dielektrische Schicht 25 kann aus einem Material hergestellt sein, das z. B. Siliziumoxid (SiO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Zirkoniumoxid (ZrO₂), Yttriumoxid (Y₂O₃), Siliziumnitrid (Si₃N_x) und Aluminiumnitrid (AlN) umfasst, jedoch nicht darauf beschränkt ist.
In 7b bedeckt die dielektrische Schicht 25 eine obere Oberfläche 13 und Seitenoberflächen 33 der Ätzmaske 19, aber die dielektrische Schicht 25 bedeckt nicht eine untere Oberfläche 39 der Ätzmaske 19. Die untere Oberfläche 39 fällt mit dem Unterschneidungsabschnitt U zusammen. Die dielektrische Schicht 25 kann unter Verwendung einer chemischen Aufdampfung (CVD) oder einer physikalischen Aufdampfung (PVD) aufgebracht werden. Beispiele für PVD sind Sputtern oder eine thermische Auf- bzw. Verdampfung. Bevorzugt ist der Aufbringungsprozess ein Niedertemperaturprozess, wenn die Materialien, die für die erste und die zweite Polymerschicht (11, 13) ausgewählt sind, Polymere sind, die sich bei einem Hochtemperaturaufbringungsprozess verschlechtern könnten. Beispiele für Polymere, die sich bei hohen Temperaturen verschlechtern können, umfassen Photoresistmaterialien. Dementsprechend sollte die Temperatur, die zum Aufbringen der dielektrischen Schicht 25 ausgewählt wird, eine Temperaturgrenze nicht übersteigen, die die erste und die zweite Polymerschicht (11, 13) beschädigen oder zerstören würde.
In 8a werden die erste Polymerschicht 11 und die Ätzmaske 19 von der Oberfläche 14 der darunter liegenden Schicht 15 abgehoben, um ein Durchgangsloch 31 zu definieren, das eine minimale Merkmalsgröße umfasst, die im Wesentlichen gleich der unterlithographischen Merkmalsgröße S_F ist. Das heißt, das Durchgangsloch 31 weist eine unterlithographische Merkmalsgröße auf. Beispielsweise kann das Abheben der ersten Polymerschicht 11 und der Ätzmaske 19 unter Verwendung eines Lösungsmittels erreicht werden, das das Material auflöst, das für die erste Polymerschicht 11 verwendet wird, oder durch ein Verwenden eines Lösungsmittels, das die erste Polymerschicht 11 und die Ätzmaske 19 auflöst. Das Durchgangsloch 31 weist eine untere Oberfläche 29, die mit der Oberfläche 14 zusammenfällt, und Seitenwandoberflächen 27 auf, die sich bezüglich der unteren Oberfläche 29 nach außen erstrecken.
Wie im Vorhergehenden erwähnt, kann es sich bei der darunter liegenden Schicht 15 um eine durchgehende Schicht handeln, wie es in 8b gezeigt ist, wo eine Mehrzahl der unterlithographisch dimensionierten Durchgangslöcher 31 auf der darunter liegenden Schicht 15 gebildet ist. In den 8a und 8b umfasst die darunter liegende Schicht 15 die Merkmalsgröße L_F, die im Wesentlichen größer oder gleich einer Lithographiegrenze λ_L ist. Der tatsächliche Wert der Lithographiegrenze λ_L ist von der Anwendung abhängig und kann von Faktoren abhängen, die z. B. das verwendete photolithographische System und die Wellenlänge des verwendeten Lichts umfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Lithographiegrenze λ_L größer oder gleich etwa 0,10 μm sein.
Wie bereits erwähnt, ist auch der tatsächliche Wert der unterlithographischen Merkmalsgröße S_F von der Anwendung abhängig und kann von Faktoren abhängen, die das Material für die erste Polymerschicht 11 und eine Ätzzeit für den isotropen Ätzprozess umfassen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die unterlithographische Merkmalsgröße S_F kleiner als etwa 0,06 μm sein.
Obwohl mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung offenbart und veranschaulicht wurden, ist die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen oder Anordnungen von so beschriebenen und veranschaulichten Teilen beschränkt. Die Erfindung wird nur durch die Ansprüche beschränkt.

Claims

Ein Verfahren zum Herstellen eines unterlithographisch dimensionierten Durchgangslochs (31), das folgende Schritte aufweist: Aufbringen einer ersten Polymerschicht (11) auf einer Oberfläche (14) einer darunter liegenden Schicht (15), wobei die erste Polymerschicht (11) eine erste Ätzrate bei einem isotropen Ätzmittel aufweist; Aufbringen einer zweiten Polymerschicht (13) auf der ersten Polymerschicht (11), wobei die zweite Polymerschicht (13) photoaktiv ist und eine zweite Ätzrate bei dem gleichen isotropen Ätzmittel aufweist, wobei die erste Ätzrate vorausgewählt ist, um schneller zu sein als die zweite Ätzrate, wenn die erste und die zweite Polymerschicht (11, 13) isotrop geätzt werden; Strukturieren der zweiten Polymerschicht (13), um eine Ätzmaske (19) darin zu definieren, wobei die Ätzmaske (19) eine Merkmalsgröße umfasst, die innerhalb einer Lithographiegrenze (λ_L) eines lithographischen Systems liegt, das zum Strukturieren verwendet wird; anisotropes Ätzen der ersten Polymerschicht (11), um alle Abschnitte der ersten Polymerschicht (11) zu entfernen, die nicht durch die Ätzmaske (19) bedeckt sind; isotropes Ätzen der ersten Polymerschicht (11) Und der Ätzmaske (19), derart, dass die erste Polymerschicht (11) sich in einer im Wesentlichen lateralen Richtung (R_L1) mit einer schnelleren Rate als die Ätzmaske (19) auflöst, wobei die erste Polymerschicht (11) entlang der Oberfläche (14) der darunter liegenden Schicht (15) zurückgeht, wobei eine freiliegende Oberfläche (E) darauf definiert wird, und entlang der Ätzmaske (19) zurückgeht, wobei ein Unterschneidungsabschnitt (U) darauf definiert wird, und wobei das Ätzen fortgeführt wird, bis die erste Polymerschicht (11) sich zu einer unterlithographischen Merkmalsgröße (S_F) aufgelöst hat, die geringer ist als die Lithographiegrenze (λ_L); Aufbringen einer dielektrischen Schicht (25) auf dem freiliegenden Abschnitt (E) der darunter liegenden Schicht (15) und auf im Wesentlichen der gesamten Ätzmaske (19) mit Ausnahme des Unterschneidungsabschnitts (U), wobei die dielektrische Schicht (25) eine Durchgangslochseitenwand (27) bildet, die benachbart zu der ersten Polymerschicht (11) positioniert ist; und Abheben der ersten Polymerschicht (11) und der Ätzmaske (19), um ein Durchgangsloch (31) zu definieren, das eine minimale Merkmalsgröße umfasst, die im Wesentlichen gleich der unterlithographischen Merkmalsgröße (S_F) ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die darunter liegende Schicht (15) ein elektrisch leitfähiges Material ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das elektrisch leitfähige Material ein Material ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die ein Metall, Aluminium, Wolfram, Titan, Molybdän und Kupfer umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lithographiegrenze (λ_L) größer oder gleich etwa 0,10 μm ist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die unterlithographische Merkmalsgröße (S_F) weniger als etwa 0,06 μm beträgt.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die unterlithographische Merkmalsgröße (S_F) um einen Faktor in einem Bereich von etwa 0,40 bis etwa 0,80 geringer als die Lithographiegrenze (λ_L) ist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dielektrische Schicht (25) mittels chemischer Aufdampfung, physikalischer Aufdampfung, Sputtern oder thermischer Aufdampfung aufgebracht wird.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Abhebeschritt ein Auflösen der ersten Polymerschicht (11) und der Ätzmaske (19) in einem Lösungsmittel aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Isotropätzschritt ein Nassätzen, ein Plasmaätzen oder ein Ätzen in einem Plasma aufweist, das ein Sauerstoffgas aufweist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem das Ätzen in einem Plasma stattfindet, das auch eines oder mehr von Argongas, Heliumgas oder einem Fluor enthaltenden Gas aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dielektrische Schicht (25) Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Yttriumoxid; Siliziumnitrid oder Aluminiumnitrid aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Ätzen der ersten Polymerschicht (11) um zumindest 10,0% schneller ist als die zweite Ätzrate der zweiten Polymerschicht (13).
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Polymerschicht (11) ein nicht photoaktives Polymermaterial oder ein photoaktives Polymermaterial aufweist.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Polymerschicht (13) ein photoaktives Photoresistmaterial aufweist.