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Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske für Haibleiterzwecke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsmaske für Halbleiterzwecke,
bei dem auf einem plattenförmigen Träger aus optisch durchlässigem Material eine
Schicht aus undurchlässigem Material niedergeschlagen und diese Schicht unter Verwendung
einer Ätzmaske aus Fotolack stellenweise von der Trägeroberfläche wieder abgeätzt
wird.
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Bei einem solchen Verfahren wird üblicherweise auf einer Glas oder
Quarzplatte eine Metallisierung aufgedampft und auf dieser eine Fotolackmaske aufgebracht,
die mit Fenstern versehen ist.
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Diese Anordnung wird dann durch Eintauchen in ein flüssiges Ätzbad
so lange behandelt, bis die Metallisierung von der Trägeroberfläche an den nicht
mit der Sotolackmaske abgedeckten Stellen wieder abgeätzt ist. An den mit dem Fotolack
abgedeckten Stellen hingegen bleibt die Metallisierung erhalten. Nach Entfernung
der Fotolackmaske, die z. B. durch Behandeln mit Aceton geschehen kann, ist die
betreffende Maske für den Gebrauch fertig.
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Gewöhnlich wird sie als Kontaktbelichtungsmaske bei der Belichtung
von Fotolackschichten verwendet, die auf der Oberflache von Halbleiterscheiben aufgebracht
sind und die zu Bedampfungs- oder Ätzmasken durch Belichten und Entwickeln weiterverarbeitet
werden sollen. Rine andere Möglichkeit ist die' Belichtung durch optische Projektion
auf die Fotolackschicht.
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8 hat sich nun als günstig erwiesen, bei der Herstellung einer Belichtungsmaske
anstelle einer Metallschicht eine Schicht aus gewissen Chalkogeniden, insbesondere
Cadmiumsulfid (CdS) oder
Cadmiumselenid (CdSe) auf dem aus einer
Glas- oder Quarzplatte bestehenden Maskenträger aufzudampfen. Diese Schicht wird
dann mit einer Fotolackmaske abgedeckt, die bekanntermaßen als Ätzmaske zur Erzielung
definierter Verhältnisse besonders geeignet ist, sofern nicht zu hohe, das heißt
über 100 0C liegende Temperaturen angewendet werden.
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Man erhält auf diese Weise eine Maske, die bei Bestrahlung mit sichtbaren
langwelligem Licht auch an den chalkogenidschichtbedeckten Stellen transparent ist
und dabei die Konturen der Schicht deutlich erkennen läßt. Bei Verwendung einer
kurzwelligen sichtbaren Strahlung oder gar einer UV-Strahlung sind hingegen diese
Schichten optisch undurchlässig. Diesen Unterschied nützt man aus, indem man bei
der Justierung der Maske eine langwellige Strahlung verwendet, welche die Justierung
in bezug auf Markierungen der zu belichtenden Fotolackschicht leichter und sicherer
zu überwachen gestattet. Man kommt dann zu einer wesentlich höheren Justierungsgenauigkeit
als bei Verwendung einer Maske mit großer Opazität gegenüber der für die Justierung
verwendeten Strahlung. Die für die eigentliche Belichtung beim Gebrauch der Maske
zu verwendende Strahlung wird natürlich so gewählt, daß für sie die maskierende
Schicht undurchlässig wird. Die eigentliche Belichtung erfolgt demnach unter Verwendung
einer Rlaustrahlung oder gar einer UV-Strahlung.
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Dem beschriebenen Vorteil solcher Chalkogenidmasken steht ein nicht
zu unterschätzender Nachteil bei der Fertigung gegenüber.
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Auch bei geringen Schichtetärken von weniger als 1 /um findet bei
Verwendung der zu diesem Zweck üblichen Ätzbäder eine merkliche Unterätzung der
Fotomaske statt9 und zwar in einem weitaus größerem Maße, als sie bei Verwendung
gleicher Schicht stärken und einer Metallisierung als maskierende Schicht beobaehtet
werden. Dadurch wird natürlich die Genauigkeit und Reprodzierbarkeit der Konturen
der maskierenden Chalkogenidschicht und damit die Maßhaltigkeit der Maske beeinträchtigt,
Es
ist Aufgabe der Erfindung, hierin eine Verbesserung zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck vorgesehen, daß eine auf
dem plattenförmigen Trager aus der Gasphase abgeschiedene dünne Schicht aus einem
Chalkogenid mit der Potolackmaske bedeckt und an den von der Maske nicht bedeckten
Stellen durch Einwirkung eines gasförmigen, den plattenförmigen Träger nicht angreifenden
Halogenwasserstoffes wieder entfernt wird. Diese Behandlung geschieht bei einer
Temperatur, bei der die Fotolackmaske ausreichend stabil bleibt, das. heißt, vorwiegend
bei Zimmertemperatur. Die für den Ätzvorgang erforderliche geringe Feuchtigkeit
wird ausschließlich durch die T3uftfeuchtigkeit geliefert. Der günstigste Feuchtigkeitsgehalt
der l,uft ist dann gegeben, wenn der zum Ätzen verwendete trockene Halogenwasserstoff
bei Zimmertemperatur (etwa 20 0) gerade Nebel zu hilden beginnt. Am günstigsten
ist deshalb ein Luftfeuchtigkeitegehalt von etwa 10 bis 60 %.
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Die bei anwendung stark feuchtigkeitshaltiger Ätzmittel beobachtete
Unterätzung scheint teils auf der Kapillarität eines flüssigen Atzmittels, teils
durch den starken Dipolcharakter der üblichen losungsmittel in Ätzbädern (insbesondere
von Wasser) zu beruhen. inden diese Einflüsse bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
weitgehend vermieden werden, kommt es bei diesem zu einer Reduktion dieses Unterätzens
und snmit zu Belichtungsmasken, deren Konturen genau den Konturen der zu ihrer Rerstellung
verwendeten Fotolackmasken entsprechen. Da sich andererseits Potolackmasken mit
großer Genauigkeit an die zu ihrer Herstellung verwendete Belichtungestruktur anlehnen,
hat man aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens es in der Hand, in weitaus größerem
Maße definierte Fotolackmasken zu erzielen, sie in Fällen, bei denen mit den üblichen
Ätzbädern bei der Erzeugung der Maske gearbeitet wird An sich ist ein Verfahren
zum lokalisierten Ätzen von Halbleiterkristallen bekannt, bei dem ein gasfbrmiges
ätzmittel
aus einer Düse hervortritt und gegen eine Halbleiteroberfläche
gerichtet wird. Auch halogenidhaltige Reaktionsgase, wie sie für die Epitaxie von
Silicium oder Germaniumschichten angewendet werden, können bei gewissen Temperatur-
und Druckarerhältnissen den betreffenden Halbleiter ätzen. Dies wird vor allem deswegen
angewendet9 um unmittelbar vor einem epitaktischen Prozeß eine saubere Silicium-
oder Germaniumoberfläche zur Verfügung zu haben. Bei einem solchen Verfahren arbeitet
man jedoch in der Regel nicht mit einer Maske; ein Unterätzen einer Fotolackschicht
spielt bei einem solchen Verfahren bestimmt keine Rolle Auch bei Herstellen von
Belichtungsmasken, deren maskierende Schicht aus einem Metall besteht, wird kein
stärkerer Gewinn durch Verwendung eines gasförmigen Ätzmittels erreicht, während
umgekehrt bei Verwendung eines Ohalkogenids als maskierende Schicht die Unterschiede
zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen (nunmehr wasserfreiem) Ätzmittel
in dieser Beziehung enorm sind.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel gegeben und anhand der Figur
beschrieben: Auf einer polierten und gereinigten Platte 1 aus Quarz bzw.
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Glas mit einer Stärke von 1,5 mm (etwa die Dicke einer fotografischen
Platte) wird unter Vakuum eine etwa 1000 - 8000 i starke Schicht aus einem mindestens
fiir eine Strahlung undurchlässigem Chalkogenid, insbesondere aus CdS oder CdSe,
aufgedampft. Diese Schicht 2 wird dann mit einer Schicht 3 aus unbelichtetem Fotolack
bedeckt, der beispielsweise an der Stelle 4 lokal belichtet und dann entwickelt
wird. Nach Fntwickeln der Potolackschicht entsteht an der Stelle 4 ein zur Chalkogenidschicht
2 durchgehendes Penster, während der Rest der Poto]nckschicht 3 die Fotolackmaske
bildet.
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aus einer Diisc 5 tritt nun ein Strom 7 aus trockenem HCl in Luft
aus und erreicht in einem gewissen Abstand den an der Ste~lle 4 freiliegenden "Feil
der Chalkozenidschicht 2. Der Abstand
der Düse von der Schicht
2 wird so gewäitlt, daß des IICl-Gas am Ort der Schicht gerade die ersten weißen
Nebel unter Einwirkung der Luftfeuchtigkeit zu bilden beginnt. (Völlig trockenes
HCl ätzt nicht, zu feuchtes führt wieder zu Unterätzungen).
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Günstige Resultate wurden bei mittlerer Luftfeuchtigkeit unter folgenden
Bedingungen erzielt: a) Abstand der das ätzende Gas liefernden Düse von der Schicht
= ca. 10 cm, b) Düsenquerschnitt = ca. 5 mm, c) Chlorwasserstoffdurchsatz pro Minute
= ca. 20 1.
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Die Ätzrate beträgt unter diesen Bedingungen für Cadmiumsulfid etwa
200 i/Sek.. Die Reaktionsprodukte der Ätzung sind Metallhalogenid, z. B. CdC12,
und Chalkogenwasserstoff, z. B. SH2 oder SeH2. Dieses entweicht in Gasform. Das
Metallhalogenid muß mit einem wasserfreien Ätzmittel insbesondere mit wasserfreiem
Alkohol, z. B. CH30H, gelöst werden. Vor allem ist CdCl2 gut in C1T30H löslich.
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Bei Verwendung wasserfreier Ätzmittel wird die Haftfestigkeit der
Chalkogenidschicht auf der Glas- oder Quarzunterlage nicht beeinträchtigt, während
bei Anwendung von wasserhaltigen I,ösungsmitteln sich die Schicht von der Unterlage
abheben wird.
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Durch die Einwirk1lng des HCl wird die Schicht 2 am Fenster 4 gelöst,
so daß auch die Schicht 2 ein Fenster 5 erhält. Dieses stellt beim späteren Gebrauch
der Maske das eigentliche Belichtungsfenster dar. Abschließend an die oben beschriebenen
Schritte der Ätzung und Entfernung der Reaktionsrodukte wird noch die Fotolackschicht
3 - ebenfalls durch Behandlung in einem wasserfreien T,ösungsmittel, z. B. wasserfreiem
Aceton -von den verbliebenen Teilen der Chalkogenidschicht 2 entfernt.
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Diese bilden die eigentliche Belichtungsmaske und die Quarz-oder Glasplatte
1 den Träger dieser Maske. Die Maske läßt sich, wie oben beschrieben, als Kontaktbelichtungsmaske
und als
Projektionsbelichtungsmaske einsetzen.
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Bei einer mit einem wasserhaltigen und/oder flüssigen Ätzmittel geätzten
CdS-Schicht beobachtet man ausgefranste und teils von der Unterlage losgelöste Ränder
und ungleichmäßige Konturen, die zudem - wie oben beschrieben - nicht den-Konturen
der zu ihrer Ätzung verwendeten Fotolackmaske entsprechen, sondern durch Unterätzen
merkbar verfälscht sind0 Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man
glatte und mit der Unterlage festverbundene Ränder der CdS-Schicht, die im übrigen
den Konturen der zu ihrer Herausarbeitung verwendeten Ätzmaske mit großer Genauigkeit
entsprechen.
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Im Interesse der mechanischen Stabilität der Maske ist es günstig,
wenn die Chalkogenidschicht mit einer Schutzschicht z. R.
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aus Quarz oder Glas oder Aluminiumoxid abgedeckt wird. Die Schutzschicht
kann beispielsweise durch Aufdampfen oder Auf stäuben aufgebracht werden. Besteht
der eigentliche Maskenkörper aus Glas, so kann es vorteilhaft sein, wenn dieser
vor dem Aufdampfen der die eigentliche Maske bildendenChalkogenidschicht mit einem
die Oberfläche härtenden Überzug beisrielsweise aus Quarz oder Al203 versehen wird.
Der härtende ilberzug kann ebenfalls aufgestaubt 9 aufgedampft oder aus einem geeigneten
und an sich bekannten Reaktionsgas pyrolytisch abgeschieden sein.
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7 Patentansprüche 1 Figur