DE1771951A1

DE1771951A1 - Verfahren zum Herstellen einer weitgehend gleichmaessigen poren- bzw. feinlunkerfreien Metallschicht

Info

Publication number: DE1771951A1
Application number: DE19681771951
Authority: DE
Inventors: Cashau George Robert; George James William
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1967-08-11
Filing date: 1968-08-06
Publication date: 1972-03-09
Also published as: SE340148B; NL6811282A; IL30484A0; ES356908A1; BE715864A; IL30484A; GB1238376A; FR1576139A; IE32250B1; IE32250L; US3542612A

Description

Western Electric Company Incorporated Cashau-George 1-1 __New York,_N.Χ_ν_Υΐ§*·_4ΐ 1771951

Verfahren zum Herstellen einer weitgehend gleichmäßigen poren- bzw. feinlunkerfreien Metallschicht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer weitgehend gleichmäßigen poren- bzw. feinlunkerfreien Metallschicht. Insbesondere bezieht sich die Erfindung allgemein auf verbesserte Masken zur Anwendung bei photolitographischen Verfahren und Ätzvorgängen und auf verbesserte Verfahren zu ihrer Herstellung. Die erfindungsgemäßen Masken besitzen verbesserte Eigenschaften in Bezug auf den Verschleißwiderstand und ermöglichen eine genaue Bestimmung und optische Auflösung, wie sie bei der Herstellung von verhältnismäßig kleinen Gegenständen von hoher Präzision erforderlich ist. Weil die Herstellung von Halbleitereinrichtungen und integrierten Schaltungen für die Anwendung dieser Erfindung besonders anschaulich ist, sollen die Masken unter besonderer Berücksichtigung der Herstellung dieser Einrichtungen beschrieben werden. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist sondern bei anderen photolitographischen Vorgängen und Ätzprozessen Verwendung finden kann.

Bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen und integrierten Schaltungen ist es häufig erwünscht, photolitogr aphis ehe und Ätzprozesse

209811/UU

anzuwenden, um verschiedene Muster des Materials zu erzielen, das auf eine Unterlage abgelagert oder in diese diffundiert wird. Z. B. kann bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen die Diffusion eines die Leitfähigkeit bestimmenden Begleitstoffes in ein Basismaterial durch eine Oxydmaske gesteuert werden. Bei diesen Vorgängen wird das Basismaterial mit einer Oxydoberflächenschicht versehen, wobei ein ausgewähltes Teil von ihr entfernt wird, so daß die Oberfläche behandelt werden kann, indem sie verschiedenen Gasen ausgesetzt wird, die leitfähigkeitbestimmende Beimengungen besitzen. Die Diffusion in das Basismaterial wird durch die Oxydschicht gehemmt, abhängig von ihrer Dicke und der Art der benutzten Beimengungen. So- mit findet eine Diffusm dieser Beimengungen nur in den nicht-maekierten Bereichen statt und es wird ein Basismaterial erzeugt, das eine Vielzahl von leitenden Bereichen aufweist, die sich von dem ursprünglichen Material unterscheiden. Durch die Anwendung von aufeinanderfolgender Maskierungs- und Diffusionsschritte wird eine Diffusionsstruktur gebildet, die komplexe Anordnungen von verschiedenen Leitungsfeer laichen aufweist.

Typischerweise werden Muster von Oxydmasken durch herkömmliche photolitographische Prozesse und Ätzvorgänge gebildet. Diese Vorgänge sind besonders wünschenswert, da sie es ermöglichen, komplizierte zu ätzende Muster auf die Oberfläche des Basismaterials anzu-

209811/UU

SN

bringen. Bei diesen Vorgängen wird die Oberfläche der Scheibe mit einem photosensitiven Material beschichtet, um einen Ätzgrund zu bilden und der letztere wird dann durch eine mit Offnungen versehene Maske einem ultravioletten Licht ausgesetzt. Diese dem Licht ausgesetzten Teile des Ätzgrundes polymerisieren. Da diese polyrnerisierten Teile unlöslich in einem Entwickler sind, bleiben sie als Film auf der Oxydschicht, während die geschützten Teile des Ätzgrundes durch den Entwickler gelöst werden, wobei eine Vielzahl von Aussparungen oder Fenstern in dem Ätzgrund belassen werden. Wenn diese Fenster kleine Bereiche in der Oxydschicht freilegen, kann ein korrosives Medium, wie eine verdünnte wässrige Lösung von Fluorwasserstoff, das Ammoniumfluorid enthält, (z.B. 6,8 Gewichtsprozent HF und 31,6 Gewichtsprozent NH₄F), das die OxydscMcht angreift, aber nicht die Scheibe selbst, zu dem Photoätzgrund und zu den freigelegten Bereichen der Oxyds chi cht zugeführt werden, um ein Muster von winzigen Löchern in die Oxydschicht zu ätzen. Bei den nachfolgenden Herstellungsvorgängen, wie oben bemerkt wurde, können durch diese Fenster in der Oxydmaske und in die Halbleiterscheibe Begleitstoffe hindurch diffundiert werden, um ein Muster von p-n-Über gangen zu erzeugen, oder auf die freigelegten Teile des Halbleiterplättchens können metallische Kontakte aufgedampft werden, um Anschlüsse zu bilden.

209811/UU

Die Verwendung dieser photolitographischen Vorgänge und Ätzprozesse ist auch bei der Herstellung von integrierten Schaltungen weit verbreitet. Beispielhaft für einen Vorgang bei dem diese besonders nützlich sind, ist die Entwicklung von Widerstandsmustern. Hier kann eine Schicht von Materialien mit geringer Leitfähigkeit auf eine Unterlage aufgedampft werden und dann in einer Weise die ähnlich der oben beschriebenen ist, die Unterlage mit einem Photoätzgrund-Material überzogen werden. Dieser wird durch eine Maske einer Lichtquelle ausgesetzt, wodurch ein negatives Bild des gewünschten Ätzgrundmusters entsteht. Der nicht-bestrahlte Ätzgrund wird durch ein Lösungsmittel weggewaschen und dann wird das Ätzgrundmuster durch Weglösen der freigelegten Flächenbereiche des Materials mit niedriger Leitfähigkeit gebildet.

Es versteht sich, daß der Grad an Genauigkeit, der bei photolitographischen Vorgängen und Ätzprozessen erzielt werden kann, notwendiger- ) weise beschränkt ist durch den Grad der Auflösung, die beim Aufbringen

einer Maske und Freilegen des Photoätzgrund-Materials erzielt werden kann. Beruhend auf der großen Betonung, die auf der Miniaturisierung liegt, ist es immer wichtiger geworden, eine größer und größere Auflösung zu erzielen. Aus diesem Grunde sollte eine Maske, die beim Freilegen photoresistierenden Materials Verwendung findet, idealerweise ultraviolettes Licht in besonderen Bereichen vollständig abdecken.

209811/UU

Sie sollte scharfe Linien besitzen, die die transparenten und undurchlässigen Teile der Maske begrenzen und in vorteilhafter Weise sollte die Maske dauerhaft, widerstandsfähig gegenüber einer physikalischen Beschädigung und Abnutzung und leicht zu säubern sein.

Die am meisten gebräuchlichen Masken bei Photoätzvorgängen sind photo graphische Emulsionsmasken. Diese Emulsionen, die verhältnismäßig weich sind, können nicht wiederholt gesäubert werden, chemisch oder durch Abwaschen, ohne daß die Bilder beschädigt werden. Diese Emulsionen nutzen sich leicht ab und ein wiederholter Gebrauch führt zu· Kratzern in den nicht-durchlässigen Bereichen oder eine Ansammlung von Teilchen auf der Oberfläche der Maske erfordern deren Austausch.

Herkömmliche photo graphische Emulsionen, die auf Glasunterlagen aufgebracht sind, besitzen auch insofern Nachteile, als die Höhe der Emulsion mit der Lichtundurchlässigkeit der dunklen Bereiche sich verändert. Da ein inniger Kontakt zwischen der Platte und dem Photolack erforderlich ist, um ein gutes Auflösen der feinen Linien zu erzielen, können gewisse Geometrien nicht sachgemäß in dem Photolack aufgelöst werden aufgrund der sich ändernden Dicke der Emulsion.

Um diese oben genannten Schwierigkeiten zu vermeiden, und eine dauerhaftere Maske mit längerer Lebensdauer verfügbar zu machen,

209811/UU

^BAD

wurde vorgeschlagen, daß die Masken durch Beschichtung von Glasplatten mit dünnen Metallfilmen hergestellt werden. Z.B. können dünne Filme solcher Materialien, wie Inconel und Chrom auf der Glasunterlage abgelagert werden durch herkömmliche Aufdampfungsvorgänge. Nachdem die Glasplatte beschichtet worden ist, wird das gewünschte Bild auf der Platte durch Wegätzung ausgewählter Teile des dünnen Metallfilms erzeugt. Bequemerweise wird bei diesen Verfahren Gebrauch von photo lito graphische η und Ätzvorgängen gemacht, bei denen ein Photolack, vorzugsweise ein "positiver" Photolack auf die beschichtete Glasunterlage gebracht wird und einem ultravioletten Licht durch ein photographisches Meisterbild strahlt. Wenn ein positiver Photolack Verwendung findet, wird der bestrahlte Photolack abgewaschen und die gewünschten Muster auf der Fläche der Glasplatte, z. B. durch eine Säure geätzt.

Während eine ausgezeichnete Maske durch Aufdampfen von Chrom auf eine Glasplatte hergestellt werden kann, ergaben sich Schwierigkeiten, eine gute Adhesion über die gesamte Fläche der Platte zwischen dem Chrom und dem Glas zu erzielen, mit dem Ergebnis, daß kleine Chromstückchen von den isolierten Bereichen der Fläche abgelöst werden können. Dadurch werden Poren bzw. Feinlunker in der lichtundurchlässigen Schicht erzeugt und wenn diese Poren zu zahlreich sind, wird die Brauchbarkeit der Maske zerstört.

209811/UU

BAD ORIGINAL

Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, eine verbesserte Maske zur Verwendung in photolitographischen Prozessen verfügbar zu machen, die ein gutes Lösungsvermögen und eine genügende Beständigkeit aufweist, so daß sie für mehrere Male Verwendung finden kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht in der Verfügbarmachung einer verbesserten Maske für photolitographische Prozesse, die im wesentlichen frei von Poren bzw. Feinlunkern in den lichtundurchlässigen Bereichen ist.

Ein noch anderes Ziel der Erfindung besteht in der Verfügbarmachung verbesserter Verfahren zur Herstellung photolito graphischer Masken, die ein gutes Lösungsvermögen aufweisen, eine lange Lebensdauer bei geringer Abnutzung und die im wesentlichen frei von Poren bzw. Feinlunkern sind.

Diese und andere Ziele der Erfindung werden durch Ablagerung von Chrom auf einer Glasplatte in zwei Dampfablagerungsvorgängen erzielt. Nachdem die erste Schicht des Chroms abgelagert worden ist, wird die Schicht abgeschliffen, z.B. mit einem Luftstrom von hohem Druck, um irgendwelche lose anhaftende Partikel des Chroms zu entfernen. Dann wird eine zweite Schicht Chrom auf die Platte abgelagert und erstaunlicherweise ergab sich, daß die Adhäsion zwischen dem Chrom und dem Glas über die gesamte Platte einwandfrei ist, so daß eine

209811/UU

*AD ORIGINAL

gleichmäßige Schicht, im wesentlichen frei von Poren erzielt wurde.

Während die theoretische Basis dieser Erfindung nicht vollständig geklärt ist,, wurde angenommen, daß gewisse dazwischen liegende Materialien, die entgegen einer Adhäsion wirken, auf der Oberfläche der Glasplatte vorhanden sind und nicht durch Säubern und Entfettung entfernt werden. Es wird angenommen, daß diese Zwischensubstanzen eine größere Affinität oder Adhäsion zu Chrom als zu Glas haben, so " daß sie mit dem Chrom während des Abschleifvorgangs entfernt werden.

Wenn nachfolgend die zweite Chromschicht auf die Fläche der Platte aufgedampft wird, haftet das Chrom am Glas an den freigelegten Bereichen an, da die Zwischenmaterialien jetzt entfernt worden sind.

Beispiel:

Eine Glasplatte wurde hergestellt durch Abschneiden von einem Soda-Kalk-Glas, wie es als gewöhnliches Tafelglas im Handel erhältlich ist. ' Die Glasplatte wurde sorgfältig gesäubert und entfettet durch Kochen

in einem im Handel erhältlichen kaustischen anorganischen Putzmittel. Die Platte wurde dann in Wasserstoffperoxyd gekocht, gespühlt mit entionisiertem Wasser und mit sauberer Luft abgeblasen. Alle verbleibende Feuchtigkeit wurde durch Trocknen der Platte in einem Ofen bei ca. 120°C für etwa 30 Minuten entfernt.

2 0 b 8 1 1 / U U

BAD ORIGINAL

Die gesäuberte Platte wurde dann in einem Vakuumaufdampfapparat angeordnet und eine Chromschicht von etwa 400 bis 600 Ä Dicke abgelagert. Bei dem in diesem Beispiel verwendeten Apparat umfaßte die Kathode einen Draht, der mit einer Chromschicht elektroplattiert war, so daß Chrom verdampft, wenn der Draht erregt wurde. Die gewünschte Dicke der Chromablagerung wurde erzielt durch eine Erregung des Drahtes für etwa 13 Sekunden.

Nach dem Aufbringen der ersten Chromschicht wurde die Platte abgeschliffen mit einem Luftstrom, um irgendwelche lose anhaftenden Chromteilchen zu entfernen. Dieses Abschleifen wurde erzielt durch

2
einen Luftstrom von 4, 22 kg/cm Druck, der auf die Oberfläche der Platte gerichtet war.

Die Platte wurde dann wieder in den Vakuumaufdampfapparat zurückgebracht und der Draht wurde wieder für etwa 13 Sekunden erregt. Das ergab eine im wesentlichen gleichmäßige Endschicht von etwa 1000 A, die nahezu frei von Poren war.

Die mit Chrom überzogene Glasplatte wurde dann mit einem gewöhnlichen positiven Photolack überdeckt und das Muster einer Maske von einer photo graphischen Meistereraulsion zu dem Photalack übertragen durch Kontaktdruck unter ultraviolettem Licht. Das Muster wurde dann entwickelt durch-Abwaschen des bestrahlten Photolaeks mit

209811/14U

BAD ORfGiNAL

Lösungsmittel, um den Metallfilm bloßzulegen.

Die bloßgelegten Bereiche des Metallfilms wurden dann entfernt durch Eintauchen der Platte in eine Ätzlösung. Die Ätzlösung kann aus irgendeiner Säure bestehen, die fähig ist Chrom aufzulösen, wie Chlorwasserstoffsäure oder Schwefelsäure. In diesem Beispiel und bei der bevorzugten Durchführung dieser Erfindung umfaßt die Ätzlösung eine Mischung von Schwefel- und Phosphorsäure, wie in einer parallellaufenden Patentanmeldung näher beschrieben ist.

Wenn die Ätzung das gewünschte Ausmaß erreicht hat, wird die Reaktion plötzlich abgestoppt durch Eintauchen der Platte in eine Lösung von Ammoniak. Ein solches Bad zum Abstoppen verhindert ein Unterschneiden der Kanten des Photolackbildes durch die Säure, die seitlich von den geätzten Bereichen angreift.

Der schützende Photolack wurde dann von der Platte entfernt und die Chrommaske die sich somit ergab, wurde gesäubert in einer wässrigen Lösung von Ätznatron durch starkes Abschruppen mit einem weichen Vinylschwamm. Nach einem letzten Spülen mit entionisiertem Wasser wurde die Maske durch Druckluft vollständig trocken geblasen.

Nach dem Vorgehen gemäß des obigen Beispiels wurde eine Anzahl von

2 Masken hergestellt, die alle 5 oder weniger Poren pro 6, 5 cm auf-

209811/UU

BAD ORIGINAL

wiesen, was sieh im für die Praxis akzeptablem Rahmen hält. Es wurde auch gefunden, daß diese Masken Bilder erzeugen können von weniger als 0,0005 cm. Gegenwärtig liegt die einzige Beschränkung hinsichtlich der Begrenzung in dem Begrenzen der Bilder auf dem Photolaek auf der chrombeschichteten Glasplatte. ,

Bei der Anwendung sind diese Chrommasken verhältnismäßig widerstandsfähig gegen Abnutzung und halten viel länger aus als Emulsionsmasken. Während die Lebensdauer einer Maske von einem großen Teil der Qualität der Unterlage die die Masken berühren, abhängen., wurde gefunden, daß im Durchschnitt die nutzbare Lebensdauer der erfindungsgemäß hergestellten Masken im Bereich von 5 bis 10 Mal dessen von vergleichbaren Emulsionsmasken liegt.

Wie in dem Beispiel erläutert wurde, kann ein Abstoppbad benutzt werden, um ein Unterschneiden der Kanten des Photolackbildes zu verhindern. Es versteht sich, daß in dem Ausmaß, wo eine Unterschneidung stattfindet, es nicht möglich ist, eine scharfe Linienbegrenzung der transparenten Bereiche von den lichtundurchlässigen Bereichen der Maske zu erzielen. Da das Unterschneiden schneller bei dickeren Chromschichten stattfindet, ist es wichtig die Chromschicht so dünn wie'möglich zu gestalten,, während sie dick genug sein muß, um lichtundurchlässig bezüglich des ultravioletten Lichtes zu sein.

20 9811/1414

■BAD

Il

Allgemein liegt eine bevorzugte Dicke im Bereich zwischen 800 und 1200 1.

20981 1/141

Claims

Cashau 1-1 Ja Pate η t a η s ρ r ü c h e

1. Verfahren zum Herstellen einer weitgehend gleichmäßigen poren- bzw. feinlunkerfreien Metallschicht auf einer Unterlage wobei eine Metallschicht auf der Unterlage abgelagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht abgeschliffen wird, um lose anhaftende Partikel zu entfernen und daß eine andere Metallschicht auf der abgeschliffenen Metallschicht abgelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschleifen der ersten Metallschicht auf diese ein Luftstrom gerichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Chrom und als Unterlage Glas verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3₄ dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Chromsehicht zwischen etwa 400 und 600 A liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der Chromschicht zwischen etwa 800 und 1200 A* liegt,

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten aufgedampft werden.

209811/UU

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der ersten Metallschicht die Unterlage gesäubert und entfettet wird,

8. Unterlage wie Glas, die mit einer im wesentlichen gleichmäßigen, poren- bzw. feinlunker freien Metallschicht wie Chrom versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Unterlage gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche hergestellt ist.