DE1696139A1 - Verfahren zur Herstellung eines feinlinig unterbrochenen Films - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines feinlinig unterbrochenen FilmsInfo
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Description
j. Wilhelm Bpichal
Fiankfurt/Mcdn-l ,
Parksiraße 13
5465/K GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y. USA
Verfahren zur Herstellung eines feinlinig unterbrochenen Films
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines feinlinig unterbrochenen Films.
Diese Filme werden für die Mikroelektronik verwendet.
Viele Halbleiterbauelemente, z.B. Dünnfilm-Transistoren, -Dioden und bestimmte integrierte Schaltungen werden nach
einem Verfahren hergestellt, bei dem begrenzte Teile eines weitgehend ebenen Materials weggeätzt werden, wobei Masken mit
winzigen Öffnungen, Aussparungen oder Unterbrechungen über das ebene Material gelegt werden. Üblicherweise verwendet man als
Maskenmaterial optisch ätzbare organische Verbindungen, z.B. Foto-Kopierlack (in der anglo-amerikanischen Literatur als
"resist" bezeichnet), und die kleinen öffnungen oder Unterbrechungen
in dem Foto-Kopierlack werden.durch einen teilweise entwickelten fotografischen Film hinduroh ausgebildet. Wenn
die Breite der in den Foto-Kopierlack zu ätzenden Linien jedoch kleiner ala ein Tausendstel Zoll (.1 Zoll » 25,4 Millimeter) ist, ist eine kostspielige fotografische Einrichtung
mit hohem Auflösungsvermögen erforderlich, um die fotografisch·
Filmmaske für den Foto-Kopierlaok herausteilen. Ferner weist
der zum optischen Ätzen des Foto-Kopierlacks verwendete fotografische
Film häufig einen Kontrastgradienten an den Rändern
der belichteten Teile des Films auf, da die entwickelnden
Lichtstrahlen ein ganzes Silberhalogenid-Teilohen belichten, unabhängig davon, ob ein Teil des Silberhalogenid-Telichens,
über den Rand des Lichtstrahls hinausragt· In ähnlicher Weise
ist die Ausbildung von scharfen feinlinigen öffnungen in oder
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COPY ,
Unterbrechungen zwischen metallischen filmen für die Herstellung Ton DUnnfilm-Transietoren wichtig, deren Betriebsgeschwindigkeit, d.h. das Produkt aua Verstärkung und Bandbreite, von der Breite der feinlinigen Unterbrechung zwischen
den metallischen Elektroden bestimmt wird, die die Quelle und Senke des Transistors bilden.
Es .ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung feinlinig unterbrochener Filme mit scharfkontrastierenden Demarkationslinien an den Händern der Linien- oder
Strichunterbrechungen anzugeben.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der freiliegende Teil eines teilweise mit einer Maske abgedeckten Films bis unter die Maske weggeätzt wird, so dad eine
Unterscheidung der Maske erfolgt, daß dann ein zusätzlicher
Film bis über denjenigen Band der Maske hinaus, der über der
Unterschneidung liegt, auf der Maske aufgebracht wird und schließlich die Maske und derjenige Teil des zusätzlichen
Films, der auf der Maske aufgebracht ist, abgestreift werden.
Vorzugsweise ist dieses Verfahren dadurch weitergebildet, daß die Maske aus Foto-Kopierlaok besteht und das Abstreifen durchi
Aufweichen des Foto-Kopierlacks von dea darunter liegenden FiIa durchgeführt wird.
Sine andere fed terbildung zeichnet si oh, dadurohi aus, daß die
Maske auf einer Unterlage aufgebracht ist und ferner ein keimender FiIa Tor dea Aufbringen des zusätzlichen Filaa auf
der Unterlage aufgebracht iet, um die Haftung des zuaätzliohen Films auf der Unterlage zu Verbessern· . ;'
D.h. es wird ein teilweise maskierter lila schnell weggeätzt, ]
und zwar duroh -tin. Ldsungsaittel, das dfil freiliegenden Teil <|
dts filas auflöst und die Maske bis eurj gewünschten liniendioke J
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copy ' ■" :-\'""' ". ■'
bad original \ ..... ;,.,..
für den feinlinig unterbrochenen Film unterschneidet. Nachdem
ein weiterer Film auf der Maske, deren Rand über der Unterschnei
dung liegt, über diesen Rand der Maske hinaus aufgebracht ist, wird die Maske und derjenige Teil des zusätzlichen
Films, der auf der Maske liegt, vom übrigen Teil der Anordnung abgestreift, so daß der erfindungsgemäße feinlinig unterbrochene
Film entsteht. Wenn als Maskenmaterial Foto-Kopierlack
verwendet wird, erfolgt, das Abstreifen durch Erweichen des Foto-Kopierlacks in einem geeigneten organischen Lösungsmittel
und durch mechanisches Entfernen, vorzugsweise durch Sprühdruck, des aufgeweichten Foto-Kopierlacks von dem darunter
liegenden Film. Wenn die Adhäsion des zusätzlichen Films an der Unterlage schlecht ist, wird ein keimender Film
vor dem Aufbringen des zusätzlichen Films auf der Unterlage aufgebracht, oder, anders ausgedrückt, die Unterlage wird zusätzlich
"bekernt", um das Abblättern des Films von der Unterlage
beim Abstreifen zu verhindern.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, wobei alle aus den Abbildungen und der Beschreibung
hervorgehenden Einzelheiten zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur
Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.
pig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Blockschaltbildes.
Fig. 2 zeigt die einzelnen Schritte bei der Herstellung des mit öffnungen versehenen oder unterbrochenen Films und
Fig· 3 ist eine Schnittanaicht eines mit feinlinig unterbrochenen
Films mit einem keimenden Film zwischen jenem Film und der·Unterlage, um die Haftfähigkeit des unterbrochenen
Films auf der Unterlage zu verbessern.
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BAD ORIGIfIAL
BAD ORIGIfIAL
Dae in pig. 1 dargestellte Verfahren umfaßt im wesentlichen
dae schnelle Wegätzen eines teilweise maskierten Films, um die Maske zu unterschneiden, und das Aufbringen oder Niederschlagen
eines Filmüberzugs auf dem Rand und über den Rand der Maske hinaus, der über der Unterschneidung liegt. Sie Maske
und derjenige Teil des Filmüberzuge, der sich auf der Maske befindet,
werden dann durch geeignete Mittel, entsprechend der Zusammensetzung und Dicke der Filme, entfernt, so daß ein Film
mit einer feinlinigen Unterbrechung übrigbleibt.
Die einzelnen Verfahrensschritte sind in Fig. 2 dargestellt. Danach wird zunächst ein Zinnfilm 10 auf einer Unterlage 12,
z.B. aus durchsichtigem Glas, aufgebracht und anschließend der Zinnfilm mit einer Foto-Kopierlack-Schicht 14 überzogen,
so daß die geschichtete Anordnung 16 entsprechend Fig. 2A entsteht. Zinn wird im allgemeinen zur Herstellung von Filmen
mit feinlinigen Unterbrechungen verwendet, deren Breite größer als 75 Mikromillimeter (3 Mikrozoll) ist, weil es verhältnismäßig
leicht ist, mit Zinnfilmen auf Glasunterlagen zu arbeiten. Für Offnungen, deren Breite kleiner als 75 Mikro-Blllimeter
ist, werden andere Metalle mit ähnlichen Eigenschaften wie Gold bevorzugt, weil der verhältnismäßig niedrige
LuBliöhkeitsgrad von Gold die Herstellung von öffnungen mit
geringeren Abmessungstöleranzen gestattet. Der Zinnfilm 10
wird bit zu einer gewünschten Dicke von etwa 2000 S. niedergeschlagen,
während die Foto-Kopierlaok-Schicht 14 nach irgendeinem
an sich bekannten Verfahren, z.B. durch Wirbelbeechiehtung, Sprühbeachichtung oder Eintauchbeschiohtung, auf dem Zinnfilm
gebracht wird. Wenn der Foto-Kopierlack getrocknet ist, wird ein feil dta Foto-Kopierlacks entfernt, wie es in Flg. 2B gezeigt
int, und zwar vorzugsweise durch Belichten und chemisches Entwickeln eines Teils des Foto-KopierlaokB, um einen Teil d%s ·
Zinnfilma 10 neben der Stelle, an der die Unterbrechung in dem Film vorgeathen werden soll, freizulegen. Andere geeignete Verfahren
fttift teilweisen Oberziehen bzw. Abdecken des Zinnfilms 10,
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z.B. durch Abdecken eines Teils des Zinnfilme vor dem Oberziehen des Films mit dem Foto-Kopierlaok und das anschließende
Entfernen der Abdeckung, können ebenfalls zur Durchführung dee erfindungsgemäßen Verfahrens angewandt werden.
Der teilweise abgedeckte Zinnfilm 10 wird dann solange in ein
Ätzmittel getaucht, bis der freiliegende Teil des Zinnfilm· aufgelöst und der Foto-Kopierlack in der- der gewünschten Unterbrechungsbreite entsprechende Tiefe untersohnitten ist. Wtnn
der Zinnfilm 10 bis zu einer Dicke Ton 2000 & niedergeschlagen
ist, hat sich herausgestellt, daß es genügt, die Anordnung drei Sekunden lang in eine lösung aus' 50 Kubikzentimeter Salzsäure, 100 Kubikzentimeter Salpetersäure und 650 Milliliter
Wasser zu tauchen, um den freiliegenden Teil dee ZinnXilms aufzu lösen und den Foto-Kopierlack bis zu einer Tiefe von 75
Mikromillimetern zu unterschneiden, wie es durojb die Beaugezahl 18 gezeigt ist. ■ ; / J
.;■■· '■»■'
Die zum Untersohneiden eines teilweise abgedeckten film» bi·
zu einer bestimmten Tiefe erforderliche Itzzeit hängt im weeentliehen von der Zusammensetzung des Filme und der Konzentration
der Ätzlösung ab. In der Praxis wird man die optimalen Wert· dieser Parameter, von denen die Ätedauer sum Untereohneiden
bis zu einer Torbestimmten Tief· abhängt, empirisch ermitteln. Haoh dem Ätzen wird die Anordnung 2J0f die in flg. 20 ge»eigt
ist, in destilliertem Wasser gespürt bzw. abgewaschen, um ;
eine weitere Erosion des Zinnfilme 10 zu verhindern.
Dann wird auf der geätzten Anordnung 20 ein Zinnfilm 22 Bit
einer Dicke von etwa 2000 % aufgetragen, wobei »ich die geschichtete; Anordnung 24 nach Fig. ψ ergib*« Wenn der ünnfil»
22 aufgetragen ist, wird die Anordnung 24 in eine organisch·
Lösung getauoht, die die Foto-Kopierlaok-Schioht H auflöst.
Daraufhin wird die Schicht 14 und derjenige Teil deft Filme 22,
der auf der Schicht 14 liegt, duroh Aufsprühen dee organischen
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Lösungemittels unter niedrige· Druck auf die Unterlage abgestreift · Da die foto-Kopierleck-Scliioht 14 durch das organische
Lösungsmittel aufgeweicht und tos Zinnfilm 10 abgelöst ist,
erfolgt der Bruch 26 i* Zinnfilm 22, der von dem beim Aufjiprühen des £0*ungs»ittel» auf den Zinnfila 22 ausgeübten
J)9uok bewirkt wird, in der Iahe derjenigen Stelle, an der der
film 22 zuerst auf der Unterlage 12 haftet. Andere geeignete Verfahren» s.B, heftiges Bewegen der gesohiohteten Anordnung
im organischen Lösungsmittel, können ebenfalls «um Abstreifen der foto-Kopierlaok-Bchicht14.und desjenigen Teil*, des films
22, der auf der foto-Iopierlack-Sohicht 14 liegt, verwendet
werden. Vl·'·
Der feinlinig unterbrochene film 28 nach 71g. 2E wird dann in
destillierte» fasser gereinigt, um irgendwelche Bestteile zu
entfernenf die bei der anschließenden Verwendung de« Films
für derartige mikroelektroni|ohe XwiCke, wie die Quellen- und
Senken-llektroden von WlnnfÜii^ransietoren, sturen würden.
'■■%
Obwohl für die Masken- oder iedeekungssohieht 14 als Material
Poto-Iopierlaok und als Material für die Schichten 10 und 22
Zinn angegeben ist, kann auch, je nach de» gewünschten Verwendungszweck -fü» den feinlinig unterbrochenen I'll», irgendein
metallisches eier nichtmetallische* Material für diese Schickten
verwendet «erden. DiI Maakenaohleht 14 eellte jedoch verbaltnismÜlig unlösbsr ia dem verwendeten ItÄittel sein, das zum
Auflösen de« film* 10 verwendet wird, wohingegen es in einen
lielich sein sollte, das 4ie filme 10 und 12
schwer angreift, 3^r obejrste film 22 besteht
verhaltnismüiig g ^ j
vorzugsweise au ι eins» ««leben Maiferial^ das bei Einwirken verhaltniemiUig ge ringer traft· bricht, *b#r gut an der Unterlage
12 haftet, damii der oberste film »4oht!während des Abstreif-Vorgangs Ton 4er Unterlage tlätteit. [
■ ■
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12 2SU steigern und zu verhindern, daß er beim Entfernen der
Foto-Kopierlaok-Schieht 14 und desjenigen Seils des Film« 22,
der auf der Schicht 14 liegt, abblättert, wird vor dem Aufbringen des Films 22 ein keimender Film 32 auf der Unterlage
aufgebracht, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. D.h. die Unterlage
12 wird mit einem Film "bekernt". Bas für den keimenden Film
speziell verwendete Metall hängt sowohl von dem Material der
Unterlage als auch dem für den oberen Film 22 verwendeten Metall ab und hat eine Dicke vpn etwa 50 Ä bis 200 &. Ein keimender Film 34 kann ebenfalls auf der Unterlage 12 vor dem Aufbringen des Zinnfilma 10 aufgebracht werden, wenn die Haftfähigkeit des Zinnfilms 10 auf der Unterlage gesteigert werden
soll.
Die folgenden Beispiele zeigen die Anwendung des Verfahrene nach der Erfindung zur Herstellung feinliniger Aufdampfungemasken, bei denen verschiedene matallische Filme verwendet
werden.
Eine saubere Glasunterlage und eine Zinnquelle werden in ein«
Verdampfungskammer gebracht, die auf etwa 10 Torr evakuiert
ist. Bann wird die Zinnquelle erhitzt, um einen Zinnfilm mit
einer Bioke von 2000 & auf der Glaaunterlage niederzuschlagen. Ber Zinnfilm wird dann aus der lammer entfernt und mit Foto-Kopierlack wirbelbesohiohtet (whirl coated). Nachdem der Foto-Kopierlaok getrooknet, beilohtet und chemisch von einer Seite
der für die feine Linie bzw. Unterbrechung in dem Film gewünschten Stelle entfernt 1st, wird der Zinnfilm in eine Losung
aus 50 Kubikzentimeter Salzsäure, 100 Kubikzentimeter Salpetersäure und 850 Milliliter fasser getaucht, und zwar sin·
Sekunde«lang, in das freiliegende !inn wegzuätzen und den Band
der Foto-Kopierlaok-Maske tsm etwa 3 Mikron zu unterscheiden. ·
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Nach dem Reinigen des geätzten Films in destiliertem Wasser wird der Film erneut in die Verdampfungskammer gebracht und
mit einer 2000 Ä dicken Zinnschicht auf dem Foto-Kopierlack
und demjenigen Teil der Glasunterlage, die zuvor sauber geätzt wurde beschichtet. Die so gebildete Anordnung wird dann aus
der Kammer entfernt und in eine Lösung eines Foto-Kopierlack-Entferners getaucht, wodurch eine feine Linie von 3 Mikron
Breite an derjenigen Stelle freigelegt wird, an der der Foto-Kopierlack unterachnitten wurde. Da das beim Niederschlagen
der metallischen Filme verwendete Zinn verhältnismäßig gut an der Glasunterlage haftet, braucht die Glasunterlage nicht mit
einem besser haftenden Metall vor dem Niederschlagen der Zinnfilme bekernt zu werden, um das Abblättern des Films von der
Unterlage während des Entfernungaprozesses zu verhindern. Ein nach diesem Verfahren hergestellter, feinlinig unterbrochener,
metallischer Film zeigt keinen bemerkenswerten Kontrasgradienten an den Rändern der feinlinigen Unterbrechung im Film, wenn
er mit Licht bestrahlt wird.
Eine saubere Glasunterlage, eine Bleiquelle und eine Zinnquelle werden in eine Verdampfungskammer gebracht und die Kammer auf
einen Druck von etwa 10~ Torr evakuiert. Nach dem Evakuieren der Kammer wird die Zinnquelle erhitzt, um einen 200 Ä dicken
Film auf der Unterlage niederzuschlagen. Daraufhin wird das Erhitzen des Zinns unterbrochen. Dann wird die Bleiquelle verdampft,
um einen 1500 Ä dicken Film über dem Zinn aufzubringen, und, nachdem sich eine 200 £ dicke Zinnschicht auf dem Blei
niedergeschlagen hat, wird eine Schicht aus Foto-Kopierlack auf der äußeren Zinnschicht durch Wirbelbeschichten aufgebracht,
Die Zinnschicht zwischen dem Blei und der Unterlage dient als keimender Film, um die Haftung des Bleis an der Glasunterlage
zu verbessern, während die obere Zinnschicht auf dem Blei ein
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ein Oxidieren des Bleifilms verhindert.
Wenn der Foto-Kopierlaek getrocknet ist, wird ein Teil des
Foto-Kopierlacks belichtet und oben von dem mehrschichtigen Film in der Nähe der für die feine Linie gewünschten Stelle
chemisch entfernt. Der mehrschichtige Film wird dann eine Sekunde lang in eine Lösung aus 50 Kubikzentimeter Salzsäure,
100 Kubikzentimeter Salpetersäure und 850 Milliliter Wasser getaucht, um das Zinn teilweise wegzuätzen und dadurch den
darunter liegenden Bleifilm teilweise freizulegen. Der teilweise freigelegte Bleifilm wird dann in destiliertem Wasser
gereinigt und dann vier Sekunden lang in eine Lösung aus 750 ml Wasser, 200 ml Essigsäure und 500 ml Wasserstoffsuperoxid getaucht,
um das freigelegte Blei aufzulösen und den Foto-Kopierlack um etwa vier Mikron zu unterschneiden. Wenn daa
freigelegte Blei aufgelöst ist, wird die Unterlage gereinigt und eine Sekunde lang in eine Lösung aus 50 Kubikzentimeter
Salzsäure, 100 Kubikzentimeter Salpetersäure und 850 ml Wasser getaucht, um den freigelegten Teil der unteren Zinnschicht
aufzulösen und die obere Zinnschicht teilweise zurückzuschneiden.
Dann wird die teilweise von einer Foto-Kopierlack-Maske bedeckte Glasunterlage, mit dem von den übereinandergeschiottteten
Blei- und Zinnfilmen untereehnittenen Foto-Kopierlaok,
erneut in die Aufdampfungskammer gebracht und eine 1900 S.
dicke Zinnschicht sowohl auf dem Fato-Kopierlack als auoh dem
freiliegenden Teil der Unterlage niedergeschlagen. Nach de» Niederschlagen der Zinnschicht wird die Anordnung etwa drei
Minuten lang in eine Lösung aus Foto-Kopierlack-Entferner getaucht, um den Foto-Kopierlack aufzuweichen und ihn dann mit
Hilfe des niedrigen Drucke eines im Handel erhältlichen Entferner-Sprühmittels abzustreifen. Beim Entfernen des Foto-Kopierlacks
wird auch der sich auf dem Foto-Kopierlaok befindende Zinnfilm entfernt, um eine etwa vier Mikron breite Linie an
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der Stelle der durch dae Blei an dem Foto-Kopierlack bewirkten
Unterschneidung freizulegen. Da das Zinn schneller ätzt als das Blei, unterschneidet das Zinn den Foto-Kopierlack
tiefer als das Blei und beeinflußt die Breite der feinen Linien nicht. An einem nach diesem Verfahren feinlinig unterbrochenen
Film konnte kein bemerkenswerter Kontrastgradient an den Rändern der feinen Linie festgestellt werden.
Eine saubere Glasunterlage, eine Goldquelle und eine Nickelquelle
werden in eine auf 10" Torr evakuierte Verdampfungskammer gebracht. Wenn das Nickel verdampft ist und sich eine
200 Ä dicke Nickelschicht auf der Unterlage niedergeschlagen hat, wird ein Goldfilm auf dem Nickelfilm niedergeschlagen,
so daß ein mehrschichtiger Film mit einer Gesamtdicke von etwa 1200 S. entsteht. Dieser mehrschichtige metallische Film wird
mit einer Schicht aus Foto-Kopierlack AC 1350 wirbelbeschichtet, und anschließend wird der Foto-Kopierlack nach dem Trocknen
belichtet und chemisch entfernt, um einen Hand zu bilden, der dicht an der Stelle, an der der Film feinlinig unterbrochen
werden soll, endet. Der teilweise abgedeckte (bzw. maskierte) mehrschichtige Film wird dann zehn Sekunden lang in
eine Lösung aus "Techni Strip Au" (hergestellt von der Firma
Technic, Inc., Chicago, Illinois, USA) getaucht, um den freigelegten Teil des Goldfilme aufzulösen und den Foto-Kopierlack
um etwa 2 Mikron zu unterscheiden. lach dem Reinigen in Wasser
wird der mehrschichtige geätzte FiIs in eine verdünnte Lösung
aus Eisenchlorid getaucht, um den Niokelkeimfilm zu entfernen,
der durch die vorangegangene Auflösung eines Teils des Goldfilms freigelegt wurde.
Die geätzte Anordnung wird aus der Ätzlösung entfernt, in destilliertem Wasser gereinigt und erneut in die Verdampf ungs-
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kammer gebracht, um nacheinander eine 200 Ä dicke Chromschicht
und eine 1000 Ä dicke Goldachioht auf dem Foto-Kopierlack und dem sauberen Teil der Unterlage niederzuschlagen.
Nach dem Beschichten wird die Anordnung etwa drei Minuten lang in einer Entferner-LÖsung getränkt, um den Foto-Kopierlack
aufzuweichen und anschließend durch den Sprühdruck eine« Entferner-Sprühmittels
zu entfernen. Sie auf dem Foto-Kopierlack liegenden Schichten aus Gold und Chrom werden ebenfalls bei
der Entfernung des Foto-Kopierlacks entfernt, wobei das Chrom genügend fest auf der Glasunterlage haftet, um das Abblättern
desjenigen Teils der Goldschicht, der auf der Unterlage niedergeschlagen
ist, zu verhindern. Nach diesem Verfahren erhält man einen dünnen Film mit einer feinlinigen Unterbrechung
von 2 Mikron.
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Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines feinlinig unterbrochenen Films, dadurch gekennzeichnet , daß der
freiliegende Teil eines teilweise mit einer Maske abgedeckten Films bis unter die Maske weggeätzt wird, so daß eine Unterschneidung
der Mauke erfolgt, daß dann ein zusätzlicher Film bis über denjenigen .Rand der Maske hinaus, der über der Unterschneidung
liegt, auf der Maske aufgebracht wird und schließlich die Macke und derjenige Teil des zusätzlichen Films, der
auf der Maske aufgebracht ist, abgestreift werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß die Maske aus Foto-Kopierlack besteht und das Abstreifen durch Aufweichen des Foto-Kopierlacks in
einem organischen Lösungsmittel und Entfernen des aufgeweichten Foto-Kopierlacks von dem darunter liegenden Film durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Maske auf einer Unterlage aufgebracht
ist und ferner ein keimender Film vor dem Aufbringen des zusätzlichen Films auf der Unterlage aufgebracht ist, um
die Haftung des zusätzlichen Films auf der Unterlage zu verbessern.
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1968
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Also Published As
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