DE1597756A1 - Maske zum Herstellen einer Maskierung durch Belichten und Herstellungsverfahren - Google Patents

Maske zum Herstellen einer Maskierung durch Belichten und Herstellungsverfahren

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Description

Deutsche ITT Industries GmbH E.B. Shearin - 1 78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 13. Dezember I967
Pat.Oo/Ko
ISE/Reg. 3787 - Fl 528
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG, FREIBURG i.Br.
Maske zum Herstellen einer Maskierung durch Belichten und Herstellungsverfahren
Die Priorität der Anmeldung Nr. 607.048 vom J>. Januar I967 in den Vereinigten Staaten von Amerika ist in Anspruch genommen.
Die gegenwärtig benutzten Techniken zum Herstellen von monolithischen integrierten Schaltungen, Dünnfilmschaltungen und anderen Arten von Festkörperschaltungen wenden eine Anzahl von selektiv erfolgenden Prozessen zum Diffundieren und Aufbringen an. Diese Prozesse werden mittels einer geeigneten Maskierung durchgeführt, die auf die Festkörperschaltungsoberfläche aufgebracht wird, welche dem speziell durchzuführenden Prozeß unterworfen werden soll. Diese Maskierung wird im allgemeinen durch Aufbringen einer Photolackschicht auf die zu maskierende Oberfläche und anschließendem Photoätzen der Photolackmaskierungsschicht hergestellt. Der Photolack besteht gewöhnlich aus einem gegen ultraviolettes Licht empfindlichen Material, dessen Belichtung durch ein Kontaktverfahren unter Verwendung einer geeigneten Kopiermaske in unmittelbarer Berührung mit der Photolackmaskierungsschicht erfolgt.
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Dieses Kontaktkopieren der Photolackmaskierungssohioht wird bedingt durch die erforderliche hohe Auflösung und engen Toleranzen der sich ergebenden Diffusions- oder Außbringungsmaskierung. Die zur Zeit am weitesten verbreitete Kontaktkopiermaske besteht aus einem Glasschieber, der auf einer Oberflächenseite mit einer photoempfindlionen Emulsion bedeckt und anschließend geätzt wurde, so daß ein Muster entsprechend dem gewünschten der herzustellenden Maske durch selektives Entfernen von Teilen dieser Emulsion entsteht. Das Kontaktkopierverfahren wird dann derartig durchgeführt, daß der Qlasschieber mit der Emulsionsmaske in unmittelbarem Kontakt mit der Photolaokmaskierungssohioht auf der zu maskierenden Oberfläche angeordnet wird. Aufgrund des Abriebs zwisohen der Emulsionsmaske und der Photolackmaskierungsschioht wird die Maske rasch abgetragen und ist, bevor sie verworfen werden muß, nur für eine begrenzte Anzahl von Anwendungen (in der Größenordnung von 10) verwendbar, wenn die erforderliche Auflösung und Toleranzen beibehalten werden müssen.
Eine andere, gegenwärtig bei der Herstellung von Pestkörperschaltungen verwendete Maske ist vom sogenannten "harten" Typ, wie beispielsweise aus "Semiconductor Products and Solid State Technology" (März I966), Seite 60, bekannt war. Dabei wird ein Metallüberzug, insbesondere Chrom, auf einer Glasunterlage verwendet. Der Metallüberzug 1st wesentlich härter als die Photolackemulsion und weist deshalb einen größeren Widerstand gegen Abrieb und eine wesentlich größere Nutzdauer auf ale herkömmliche Photolackmasken. Zusätzlich gewährleistet die größere mechanische
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-and thermische Stabilität der Metallmaske verbesserte Auflösung und Toleranzen.
Ein Naohteil der "harten" Masken sind deren relativ hohe Herstellungskosten im Vergleich mit herkömmlichen Photolackmasken.
Bei der Herstellung von monolithischen Pestkörperschaltungen sind gewöhnlich einige aufeinanderfolgende Diffusions- und/oder Aufbringungseohritte erforderlich, die auf der gleichen Oberfläche ausgeführt werden müssen. Bei derartigen Anwendungen muß deshalb jede Maske in bezug auf die Oberfläche sehr genau zum Pluchten gebracht werden, um die erforderliche Ausrichtung der verschiedenen diffundierten und aufgebrachten Flächen zu gewährleisten, die in Verbindung mit entsprechenden nacheinander auf diese Oberfläche aufgebrachten Maskierungssohiohten hergestellt wurden. Da ein großer Flächenanteil sowohl der herkömmlichen Photolaokmasken als auch der metallischen "harten" Masken für sichtbares Licht undurchlässig sind, ist ihre Ausrichtung auf der darunterliegenden Oberfläche im allgemeinen ein zeitraubender und schwieriger Prozeß.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maske zum Herstellen einer Maskierung auf einer Oberfläche, insbesondere einer Halbleiteroberfläche, durch Belichten einer auf der Oberfläche angeordneten photoempflndllohen Laoksohioht mittels Ultraviolett-Licht durch die auf die Laoksohicht gebrachte Maske. Die bekannte Maske wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die Maske aus einer sowohl für sichtbares als auch ultraviolettes Licht durchlässigen Unterlage
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besteht, welohe entsprechend der Maskierung eine für Ultraviolett-Licht undurchlässigere Oberflächenschicht aus Siliziummonoxyd aufweist.
Durch die vorliegende Erfindung kann der HerstellungsprozeS für Diffusions- und/oder Aufbringungsmaskierungen auf Festkörperschaltungen verbessert werden. Die Maske nach der vorliegenden Erfindung erleichtert ferner ihre Ausrichtung auf der mit der Maskierung zu versehenden Oberfläche.
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeiohnung erläutert. Diese betrifft eine Maske mit einer örtlich auf einer Oberfläohenseite aufgebrachten Oberflächenschicht aus Siliziummonoxyd in einem Muster von relativ dick und relativ dünn bemessenen Oberfläohensohichtteilen, die der herzustellenden gewünschten Diffusions- und/oder Aufbringungemaskierung entspricht. Die auf die zu maskierende Oberfläche der Festkörperschaltung aufgebrachte Photolaokmaskierungsschioht wird,durch diese Maske dem Ultraviolett-Licht ausgesetzt. Da die Siliziummonoxyd-Maske durchsichtig ist, wird ihre Ausrichtung auf der zu maskierenden Oberfläche wesentlich erleichtert. Die Siliziummonoxyd-Maske ist wesentlich härter als die herkömmliche Maske mit einer Photolackemulsion und hat deshalb eine beträchtlich größere Verwendungszeit. Da eine ausreichend dicke Schicht aus Siliziummonoxyd das Ultraviolett-Licht absorbiert, ist sie gleichwohl vollwertig nutzbar als Photomaske für die darunterliegende gegen Ultraviolett-Lioht empfindliche Photolacksohicht, die auf der zu bearbeitenden Oberfläche aufgebracht ist.
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Die Figuren der Zeichnung veranschaulichen die Arbeitsgänge bei der Herstellung einer Siliziunmonoxydmaske nach der vorliegenden Erfindung.
Wie in Pig. A der Zeichnung dargestellt ist, wird eine Unterlage 11 aus hochwertigem Glas, beispielsweise in der Größenordnung von 2 χ 25 mm im Quadrat und etwa 0,8 rv* Dicke, mit einer dünnen Oberflächenschicht aus Siliziummonoxyd 12 bedeckt. Die Olasunterlage 11 sollte vorzugsweise äußerst homogen und eine hochwertige Oberfläche von guter Glätte und Gleichförmigkeit aufweisen. Außerdem ist es wesentlich, daß die Unterlage 11 im wesentlichen durchlässig sowohl für sichtbares als auch ultraviolettes Lioht 1st.
Die Siliziummonoxyd-Oberflächenschioht 12 sollte vorzugsweise eine Dicke zwischen 1,3 und 2,3 Mikron aufweisen. Die Dicke dieser Oberflächenschicht ist nicht kritisch, sollte Jedooh einen unteren Wert in der Größenordnung von 1,5 Mikron überschreiten, um eine ausreichende Undurohlässlgkeit gegen ultraviolettes Licht zu gewährleisten. Die Oberflächenschicht 12 kann im Vakuum aufgebracht werden, indem die Unterlage 11 in einem Elektronenstrahl verdampf er in der Nähe einer Anzahl von Siliziummonoxyd-Stüoken angeordnet wird, welche anschließend mit Hilfe eines Elektrodenstrahls bei einem Druok von etwa 4 χ 10 Torr bestrahlt werden. Der Aufbringungsprozeß sollte solange fortgesetzt werden, bis die erwünschte Schichtdicke erreicht ist.
Die beschichtete Unterlage 11 wird dann auf einer Schleuder angeordnet und danach mit einer dünnen Schioht Ij? des handelsüblichen
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KTPR-Photolackes von Kodak bedeckt. Dies ist ein "negativer" Photolaok, d.h. ein in den dem Ultraviolett-Licht ausgesetzten Pläohenteilen einer Polymerisation unterworfener Photolaok; die polymerisieren Pläohenteile sind gegen eine spezielle Entwicklerlösung widerstandsfähig, während die unbestrahlten Pläohenteile darin löslioh sind. Im Ergebnis werden während des Entwicklungsprozesses diejenigen Pläohenteile entfernt» die nicht bestrahlt worden sind. Die Unterlage 11 kann mit etwa 10.000 Umdrehungen pro Minute während etwa 12 Sekunden geschleudert werden, was eine Dicke der Photolaoksohioht in der Größenordnung von 1 Mikron ergibt. Es können dünnere Photolaoksohichten verwendet werden, wenn eine besonders hohe Auflösung erwünscht ist (in der Größenordnung von 5 Al oder besser).
Um die einzelnen Teile dieser Schicht zu polymerisieren, wird die Photolackschicht 1J> anschließend durch eine entsprechende Originalphotoplatte dem ultravioletten Licht ausgesetzt. Nach der Belichtung werden die nioht polyiaerisierten Teile der Photolacksohioht IJ> durch Besprühen mit Stoddard-Lösungsmittel und anschließendem Spülen in N-Butylazetat entfernt. Der entwickelte Photolaokfilm wird dann durch Ausheizen bei etwa 95° C über etwa 15 Minuten ausgehärtet. Als nächstes wird die entgegengesetzte Oberflächenseite der Glasunterlage 11 mit einer gegen das anschließend verwendete Siliziummonoxyd-Ätzmittel undurchdringlichen Schutzschicht 15 bedeckt· Vorzugsweise sollte eine dünne Sohioht aus Krylon (eine Handelsmarke von Krylon, Inc.) verwendet werden, welche aufgesprüht werden kann, wenn eine Flußsäurelösung als Siliziummonoxyd-Ätzmittel verwendet wird.
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Wie Pig« C veranschaulicht, wird die bedeckte unterlage 11 in eine mit Ammoniumfluorid gepufferte Lösung von Plußsäure eingetaucht. Vorzugsweise sollte die Lösung JOOO Teile von 49 tigern Ammoniumfluorid auf 245 Teilen von 40 #iger Plußsäure enthalten. Ale Ergebnis des Eintauchens in diese Ätzlösung werden die durch die Photolacksohicht 12 nicht geschützten Teile 16 der Oberflächenschicht aus Siliziummonoxyd in der Dicke vermindert, wobei der Betrag der Diokenverminderung von der Zeit abhängt, während der die Unterlage in die Ätzlösung eingetaucht wird. Die Ätzzeit sollte so gesteuert werden, daß die geätzten Teile 16 der Oberflächenschicht aus Siliziummonoxyd auf eine ausreichende Minimaldicke vermindert sind« so daß diese Teile im wesentlichen für das ultraviolette Licht durchsichtig werden.
PUr diese geätzten Teile ist vorzugsweise eine Schichtdicke in der Größenordnung von 5OO 8 erstrebenswert. Wird die oben erwähnte Ätzlösung verwendet, dann sollte die Unterlage 11 in das Ätzmittel über eine Zeitdauer in der Größenordnung von 35 bis 40 Minuten eingetaucht werden, sofern die Siliziumraonoxyd-Sohicht 12 eine Anfangsdicke von 2,5 Mikron aufwies. Der Grund, daß die Teile 16 der Oberflächenschicht aus Siliziummonoxyd nicht vollständig entfernt werden, ist der, daß Auflösen und Verschlechterung der darunterliegenden Unterlage durch die Plußsäure verhindert werden soll ·
Nach Beendigung des Xtzprozesses wird die Krylonsohicht 15 durch Azeton und die Photolackschioht 13 durch Eintauchen in eine Reihe von Lösungsmitteln entfernt, die (l) aus einem mit 1-100 bezeichneten Produkt der Indust-Ri-Chem.Laborytory, Inc., (2) aus Xylol
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und (3) aus Trichloräthylen besteht. Danach erfolgt ein Besprühen mit Isopropylalkohol, wonach die bearbeitete unterlage getrocknet wird. Die fertige Siliziummonoxyd-Photomaske gemäß der Pig. E ist nun für obenbeschriebenen Anwendungszweck verwendungsfähig.
Die relativ dicken Teile der Oberflächenschicht 12 aus Silizium« monoxyd weisen, obwohl im wesentlichen für sichtbares Licht durchlässig» eine beträchtlich in das-blaue Ende des sichtbaren Spektrums sich erstreckende Ultraviolettabsorption auf. Dies verleiht den relativ dicken OberflKohensohiohttellen eine charakteristisch braune Tönung. Die Durchlässigkeit sowohl der Sillziummonoxyd-Oberflächensohicht 12 als auch der Unterlage 11 für sichtbares Licht erleichtert erheblich das Ausrichten der Maske mit Hilfe geeigneter Markierungen auf der zu bearbeitenden photolackbedeckten Festkörperschaltungsplatte, während die charakteristisch braune Tönung der relativ dicken Teile der Siliziummonoxyd-Oberflächenschioht eine slohtbare Unterscheidung von der Unterlage 11 aus Glas gestattet.
Die zu bearbeitende Festkörperschaltung wird, nachdem sie mit einem herkömmlichen geeigneten ultravioletterapfindliohen Photolaok (negativ) beschichtet wurde, gemäß der Pig. E mit der Maske abgedeckt, so daß die Oberflächenschicht 12 aus Siliziummonoxyd die Photolackeohicht berührt.
Die herkömmliche Photolack-Maskierungssohicht wird dann duroh die Siliziummonoxyd-Maeke dem ultravioletten Licht ausgesetzt. Naoh der Belichtung wird die Maskierungsschicht duroh Eintauchen in
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einer geeigneten Lösung entwickelt, welches die vom Ultraviolett-Licht nicht bestrahlten Teile auflöst. Die eich ergebende Photolack-Maskierung kann dann in Verbindung mit herkömmlichen Diffusionsprozessen aus der festen oder gasförmigen Phase, für örtliches Abscheiden oder Ätzprozesse verwendet werden.
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Claims (4)

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1. Maske zum Herstellen einer Maskierung auf einer Oberfläche, inabesondere einer Halbleiteroberfläche, durch Belichten einer auf der Oberfläche angeordneten photoempfindlichen Lackeohicht mit Ultraviolett-Licht durch die auf die Lackschioht gebrachte Maske, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske aus einer sowohl für sichtbares als auch ultraviolettes Licht durchlässigen Unterlage (11) besteht, welche entsprechend der Maskierung eine für Ultraviolett-Licht undurchlässigere Oberflächenschicht (12) aus Siliziumoxyd aufweist.
2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (11) aus Glas besteht.
3. Maske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (12) aus Siliziumraonoxyd geschlossen ausgebildet ist und neben den der Maskierung entsprechenden Teilen «4»* für Ultraviolett-Licht durchlässigere Teile (16) aufweist, deren Dicke etwa 500 Ä oder weniger beträgt.
4. Maske nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die undurchlässigere Oberflächenschicht (12) eine Dicke zwischen 1,5 und 2,5 Mikron aufweist.
- 11 -
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5· Verfahren zum Herstellen einer Maske nach AnsprUohen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberflächenseite einer Unterlage (11) aus Glas mit einer praktisch für Ultraviolett-Licht undurchlässige Oberflächenschicht (12) aus Siliziummonoxyd bedeckt wird, daß danach die Oberflächenschicht (12) mit einer Photolackschioht (13) versehen wird, welche entsprechend der Maskierung DurchbrUohe (14) erhält, dafl danach innerhalb der Berandung der Durchbrüohe (14) die Oberflächenschicht duroh Atzen unter Verminderung ihrer Dioke gegen Ultraviolett-Licht durchlässig gemacht wird, und daß schließlich die Photolaokschicht (13) entfernt wird.
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