DE1696139A1 - Verfahren zur Herstellung eines feinlinig unterbrochenen Films - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines feinlinig unterbrochenen Films

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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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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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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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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
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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.
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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. [ ■ ■
Um die Haftfestigkeit de» obersten filme 22 auf der unterlage
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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.
Beispiel I
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.
Beispiel II
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.
Beispiel III
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)

- 12 P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e
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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BAD ORIGINAL
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FR1556163A (de) 1969-01-31

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