DE2123887B2

DE2123887B2 -

Info

Publication number: DE2123887B2
Application number: DE2123887A
Authority: DE
Inventors: Ronald Stephen Salt Point Horwath; Varadachari Ossining Sadagopan
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-06-30
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1979-01-11
Also published as: US3661436A; JPS513631B1; DE2123887C3; DE2123887A1; GB1330915A; FR2095598A5; CA939548A; SE359688B

Description

Die Erfindung betrifft eine Maske zum selektiven Bestrahlen strahlungsempfindlicher Schichten, bei der *° auf einer im sichtbaren und im UV-Bereich durchlässigen Unterlage eine ein entsprechend der gewünschten Bestrahlung ausgebildetes UV-lichtundurchlässiges Muster aufweisende Schicht aufgebracht ist.

Bei der Herstellung kleiner Bauelemente, insbesonde- *⁵ re von Halbleiterbauelementen, werden Masken häufig benutzt. Solche Masken ermöglichen z. B. die Festlegung genauer Muster von sehr geringer Größe auf einem Halbleiterplättchen. Bei der Verwendung von herkömmlichen Masken treten jedoch einige Schwierigketten auf.

Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen wird eine Halbleiterscheibe mit einer Schicht aus einem strahlungsempfindlichen Lack bedeckt, über welcher dann die Maske in direkter Berührung mit der Schicht angeordnet wird. Licht mit bestimmter Wellenlänge (gewöhnlich ultraviolettes Licht) passiert die öffnungen oder lichtdurchlässigen Gebiete der Maske und belichtet an diesen Stellen den strahlungsempfindlichen Lack. Nach dem Entwickeln des Lacks kann die ^w) Halbleiterscheibe an den durch die Maske vorgegebenen Stellen geätzt werden. Weitere selektiv wirkenden Verfahrensschritte, wie beispielsweise eine Diffusion oder das Aufbringen eines Materials, können durchgeführt werden. Bei einem solchen lithographischen '■"· Prozeß ist es sehr wichtig, daß die Maske in bezug auf die Halbleiterscheibe gegen Abnutzung widerstandsfähig sei. Während des Herstellungsverfahrens der Halbleiteranordnungen wird die Maske immer wieder bewegt. Eine schnelle und genaue Ausrichtung ist daher erforderlich, um eine hohe Ausbeute zu erzielen.

Die bekannten Masken, z. B. solche mit Chrom-, Cadmiumsulfid- oder photographischen Emulsionsschichten auf Glasunterlagen, erfüllen die an sie gestellten Forderungen nicht in befriedigender Weise. Die Chromschichten beispielsweise sind für sichtbares Licht nicht durchlässig, so daß beim Ausrichten Schwierigkeiten auftreten. So werden zusätzliche Markierungszeichen für das Ausrichten benötigt, wobei sich hierdurch Ungenauigkeiten und eine verringerte Ausbeute ergeben. Chromschichten können außerdem durch Unebenheiten der Halbleiteroberfläche beschädigt werden. Während eines epitaktischen Aufwachsvorganges bilden sich beispielsweise auf der Halbleiteroberfläche starke Spitzen aus, die die Maske stark beschädigen können, wenn diese in Berührung mit der Halbleiteroberfläche gebracht wird. Da die Maskenherstellung sehr aufwendig ist und die Masken demgemäß relativ teuer sind, stellt eine solche Beschädigung der Masken ein ernstes Problem bei der Fertigung von Halbleiteranordnungen dar. Bei den bekannten durchsichtigen Masken besteht die maskierende Schicht aus einem relativ weichen Material, so z. B. aus photographischer Emulsion oder Cadmiumsulfid. Es ergibt sich daher auch bei diesen Masken die Gefahr einer Beschädigung, die die Lebensdauer der Masken beträchtlich herabsetzt

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine bei der Herstellung von kleinen Bauelementen, insbesondere von solchen au<> Halbleitermaterial, zu verwendende Maske anzugeben, mit der bei sichtbarem Licht eine schnelle und genaue Justierung vorgenommen werden kann, welche für UV-Licht undurchlässige Bereiche aufweist, und welche von dem Material, aus welchem die Bauelemente bestehen, nicht beschädigt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einer Maske der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die genannten Materialien haben einen Bandabstand im Bereich zwischen 2,8 und 5,0 eV und sind daher für ultraviolettes Licht undurchlässig und für sichtbares Licht durchlässig. Deshalb sind die erfindungsgemäßen Masken bei der selektiven Bestrahlung der meisten insbesondere in der Halbleiterfertigung benutzten Photolacke brauchbar, weil diese UV-lichtempfindlich sind. Da andererseits das maskierende Material für sichtbares Licht durchlässig ist, ist ein Justieren bei sichtbarem Lieh! leicht möglich. Auf diese Weise können die bei der Ausrichtung beispielsweise der bekannten Chrommasken auftretenden Schwierigkeiten vermieden werden. Da das maskierende Material härter ist als das Material, aus dem die Bauelemente bestehen, ist keine rasche Abnutzung der Maske zu befürchten, auch wenn sie auf den Bauelementen aufliegt und dabei gegenüber diesen verschoben wird. Die maskierenden Materialien sind außerdem gut ätzbar. Deshalb ist es nicht schwer, bei der Herstellung der Masken Maskenbereiche mit einer hohen Kantenschärfe und auch mit sehr kleinen Abmessungen, wie es insbesondere für die Herstellung von Halbleiteranordnungen unerläßlich ist, zu erzeugen.

Wird das Material aus der Gruppe der Fluoride oder Oxyfluoride entnommen, so enthält es vorzugsweise mindestens eine Seltene Erde.

Als Maskenmaterial bieten sich insbesondere MgFe₂O₄, GaFeO₃, BaTiO₃. Y₃Fe₅Oi₂. LaF₁, CeF₁ und

LaOF an. Dabei hat sich GaFeOj als besonders vorteilhaft erwiesen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert

Es zeigt

Fig. IA bis ID aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zur Herstellung einer ersten Ausführungsform einer Maske nach der Erfindung,

Fig.2A bis 2D aufeinanderfolgende Verfahrensschritte zur Herstellung einer zweiten Ausführungsform einer Maske nach der Erfindung,

Fig.3 eine gemäß den Fig. IA bis ID hergestellte Maske,

F i g. 4 eine gemäß den F i g. 2A bis 2D hergestellte Maske und

F i g. 5 die Abhängigkeit der Absorption von der Weilenlänge des Lichtes für GaFeOj, das ein bevorzugtes Maskenmaterial darstellt.

Die Fig. IA bis ID demonstrieren ein Verfahren zur Herstellung einer Maske nach der vorliegenden Erfindung. Die hierdurch erhaltene Maske ist in F i g. 3 dargestellt Sie besteht aus einer dünnen Schicht des das Maskenmuster bildenden Materials, das auf einem Substrat angeordnet ist Das Substrat 10 ist durchlässig für ultraviolettes und sichtbares Licht Es ist auf einer Seite mit dem entsprechend dem Muster der Maske angeordneten Material 12 bedeckt. Das Substrat 10 kann beispielsweise aus Glas, Quarz, Saphir oder einem ähnlichen Stoff bestehen. Das zur Maskierung benutz?" Material 12 wird durch ein komplexes Oxyd, Fluorid oder Oxyfluorid gebildet. Die am besten geeignetsten Materialien sind diejenigen, die durchlässig für sichtbares Licht und undurchlässig für ultraviolettes Licht sind.

Materialien mit einem Bandabstand zwischen etwa 2,8 eV und 5,0 eV erfüllen diese Bedingung. Solche Stoffe befinden sich vorzugsweise in den Gruppen der Spinelle, Perowskite und Granate. Die Spinelle sind durch die Formel AB2O4 charakterisiert. Ein Beispiel hierfür ist MgFe2O,|. Die Perowskite, zu denen beispielsweise BaTiOj gehört, sind durch die Formel ABOj gekennzeichnet. Die Granate besitzen die allgemeine Formel AJB5O12. Yttriumeisengranat, das die Formel YiFesOw besitzt, ist hierfi'··· ein Beispiel.

Viele Fluoride sind ebenfalls als Maskenmaterial geeignet. Beispiele sind Lanthanfluorid, LaFj, und Cerfluorid CeFj. Im Desonderen die Fluoride der Seltenen Erden sind °rut geeignet. Oxyfluoride können ebenfalls verwendet werden. Auch hier sind die Oxyfluoride der Seltenen Erden am besten verwendbar, so z. B. Lanthanoxyfluorid, LaOF.

Das maskierende Material 12 kann in verschiedener Weise auf das Substrat 10 aufgebracht werden. Beispielsweise ist die Kathodenzerstäubung ein geeignetes Verfahren zum Niederschlagen von Galliumeisenoxyd (GaFeOj). Das Ausgangsniaterial wird in pulverisierter Form in die Zerstäubungsanlage eingebracht w> Weitere Verfahren zur Herstellung der maskierenden Schicht sind Sprüh- oder Schleuderverfahren. Es kann praktisch jedes Verfahren zum Niederschlagen eines kontinuierlichen Films benutzt werden.

Die Dicke des maskierenden Materials 12 reicht aus, <■· um einen kontinuierlichen Film zu bilden. Ist der Film durchgehend, dawn ist er für ultraviolettes Licht undurchlässig. Dieses wird in der Regel zum Belichten von Photolacken bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen verwendet. Bei Galliumeisenoxyd sind Filme von 500 A bis 2,3 μηι geeignet. In einem speziellen Beispiel wurde ein Film mit 3000 Ä Dicke verwendet, der gute Resultate lieferte.

Da das Material 12 ätzbar ist, kann auch eine dickere Schicht niedergeschlagen werden, die dann bis zur gewünschten Dicke heruntergeätzt wird. Galliumeisenoxyd ist beispielsweise in wäßriger Salzsäure ätzbar. Diese Säure verträgt sich mit den gewöhnlich benutzten Photolacken und greift auch Siliciumdioxid oder andere auf Siiiciumbasis beruhende Gläser nicht an. Dies bedeutet daß Galliumeisenoxyd besonders geeignet für die Siliciumtechnik ist

Wie Fig. IB zeigt, wird das Material 12 mit einer dünnen Schicht 14 aus Photolack bedeckt. Die Dicke der Schicht 14 ist nicht von Bedeutung. Es ist lediglich zu beachten, daß sie in ihrer ganzen Dicke belichtet werden kann. Zur Belichtung wird gewöhnüch ultraviolettes Licht verwendet Die Photolackschicht 14 wird selektiv belichtet Anschließend werden die belichteten Stellen mit einem geeigneten Lösungsmittel behandelt Ein solches Lösungsmittel ist z. B. 9%ig j Salzsäure. Diese ätzt auch Galliumeisenoxyd, so daß sich nach dieser Behandlung die Anordnung nach Fig. IC ergibt. Nachfolgend wird auch der verbliebene Photolack entf.rnt, so daß man schließlich die fertige Maskenstruktur, die sich aus Fig. ID ergibt, erhält. Diese besteht aus dem Substrat 10 und dem darüber angeordneten maskierenden Material 12, in das öffnungen 16 selektiv geätzt sind. Eine Ansicht, dieser Struktur ist in F i g. 3 dargestellt. Diese Maske kann nun für die Herstellung von Bauelementen benutzt werden.

Eine v/eitere Möglichkeit zur Bildung einer Maske nach der Erfindung ist in den F i g. 2A bis 2B gezeigt. Hierbei werden Aussparungen in dem Substrat geschaffen, in welche das maskierende Material eingebracht wird. In Fig. 2A ist ein Substrat 20 mit einer Photolackschicht 22 bedeckt, die bereits selektiv behandelt ist und somit ein bestimmtes Muster bildet. Dieses Muster ist in bekannter Weise hergestellt, d. h., die durchgehende Photolackschicht wurde selektiv Delichtet und entwickelt. Anschließend wurden die belichteten Stellen herausgelöst, so daß sich das Muster nach F i g. 2A ergibt Die auf der Oberseite freiliegenden Stellen des Substrats 20 werden nun bis zu einer bestimmten Tiefe geätzt, so daß man Aussparungen 24 erhält (Fig. 2B). Dann wird das zu maskierende Material 26 auf der Anordnung niedergeschlagen (Fig.2C). Die Photolackschicht 22 und das darüber befindliche Material 26 werden nun entfernt, so daß sich das Material 26 nun nur noch in den Aussparungen 24 befindet. Diese so hergestellte Maske zeigt die F i jj. 2D. Die Ansicht dieser Maske ist in F i g. 4 dargestellt Das in di; Aussparungen eingebrachte Material 26 bildet das Muster der Maske. Dieses Material ist undurchlässig für ultraviolettes und durchlässig für sichtbares Licht. Die Dicke des Materials 26 entspricht vorzugsweise der Dicke des Materials 12 in F i g. 3.

Die Maske kann auch auf andere als auf die beschriebene Weise hergestellt werden. Zum Beispiel kann zuerst mit Hilfe von Elektronenstrahlen eine Urmaske gefertigt werden. Weitere Masken werden aufgrund dieser Urrnaske gemäß den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Verfahren hergestellt. Hierdurch erhält man Masken mit sehr ^ohem Auflösungsvermögen.

Eine weitere Möglichkeit zur Fertigung einer Maske ist die mit Hilfe der Projektion. Hierbei wird zuerst eine

große Maske hergestellt, die dann auf photograph! schcm Wege mehrmals verkleinert wird.

Spinelle, Perowskite, Granate. Fluoride und Oxyfluoride sind Materialien, die sowohl für eine Projektionsbelichtung als auch für eine Belichtung mit Elektronen-Strahlen geeignet sind. Mit diesen ßelichtungstechniken erhält man sehr feine Strukturen mit guter Kantenseharfe. Sie sind speziell geeignet für die Herstellung sehr feiner Strukturen bei Halbleitern, wie z. B. Silicium. Da die genannten Materialien härter als Silicium und andere gewöhnlich benutzte Halbleiter sind, besitzen die mit diesen Materialien gefertigten Masken hohe Lebensdauer. Dies ist wirtschaftlich von großer Bedeutung, da die Kosten für die Masken erheblich höher sind als die für die Halbleiteranordnungen selbst.

Zum Bestimmen der geometrischen Muster der Maske können bekannte Verfahren, wie /.. B. die Projektionsbelichtung, benutzt werden. Wenn die erzielte Auflösung von der Wellenlänge der für die Belichtung benutzten Strahlung abhängt, dann muß zur Bildung noch feinerer Strukturen mit Elektronenstrahlen gearbeitet werden. Es ist eine größere Anzahl von Photolacken erhältlich, die mit Elektronenstrahlen belichtet werden können. Mit Hilfe dieser Photolacke ist die Herstellung feinster Strukturen möglich.

Bei der Projektionsbelichtung wird ein Bild des gewünschten Musters auf eine Photolackschicht mit Hilfe einer Linse mit hohem Auflösungsvermögen geworfen. Wenn für die Belichtung einer Halbleiterscheibe mit etwa 2.5 cm Durchmesser eine Linse von hoher Qualität benutzt wird, dann liegt die erreichbare Feinheit der Muster bei etwa 2.5 μιη. Mit einer mikroskopischen Linse von hoher Qualität können auf einer Fläche von etwa 0,5 χ 0,5 mm Muster mit einer Feinheit von etwa 0,5 μηι hergestellt werden.

F i g. 5 enthält die Darstellung der Absorption in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlung für eir maskierendes Material, beispielsweise Galliumeisen oxyd. Das Material hat eine hohe Absorption bei der Wellenlängen, die beim Fcrtigungsprozeö von Halb

ι leiteranordnungen für die Belichtung von Photolacker gewählt werden, und ist durchsichtig im Bereich de« sichtbaren Lichts. Dies erlaubt eine einfache Ausrich tung der Masken während des Herstellungsprozesses.

Die gewöhnlich zur Belichtung von Photolacker verwendete Strahlung liegt im ultravioletten Bereich und besitzt eine Wellenlänge von etwa 4353 A. Für diese Wellenlänge sollte das Maskierungsmaterial eine Absorptionskante von etwa 2.8 eV haben. Wenn der Bandabstand des Maskieriingsmaterials wesentlich größer als 2,8 eV ist, dann wird das Maskierungsmaterial für Strahlung im ultravioletten Bereich durchlässig, lsi andererseits der Bandabstand wesentlich kleiner als 2,8 eV. dann wird die Durchlässigkeit für Licht im sichtbaren Be^rcich gefährdet. Aus diesem Grunde wird vorzugsweise ein Material gewählt, dessen Bandabstand im Bereich zwischen 2,8 eV und 5,0 eV liegt.

Es wird eine Maske vorgeschlagen, die aus bekannten Materialien aufgebaut ist, welche bei den bekannten Masken jedoch noch nicht verwendet wurden. Diese

2) Maske besitzt die Vorteile einer großen Härte, der Möglichkeit einer ständigen visuellen Ausrichtung und der Verträglichkeit mit den bekannten photolithographische" Verfahren. Die Materialien, die für die Herstellung der Masken verwendet werden, stammen

3d aus den Gruppen der Spinelle, Perowskite. Granate, Fluoride und Oxyfluoride. Insbesondere Galliumeisenoxyd ist ein sehr geeignetes Material für Masken, die bei der Herstellung von Bauelementen aus Silicium verwendet werden. Durch Dotierung des Materials

is können dessen Bandabstand verringert und somil dessen optische Eigenschaften beeinflußt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Maske zum selektiven Bestrahlen strahlungsempfindlicher Schichten, bei welcher auf einer s sichtbaren und im UV-Bereich durchlässigen Unterlage eine ein entsprechend der gewünschten Bestrahlung ausgebildetes UV-lichtundurchlässiges Muster aufweisende Schicht aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (12, to 26) aus einem Material der Gruppe der Spinelle, Perowskite, Granate, Fluoride oder Oxyfluoride besteht

2. Maske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material, wenn es aus der Gruppe der Fluoride oder Oxyfluoride entnommen ist, mindestens eine Seltene Erde enthält

3. Maske nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus der Gruppe von MgFe₂Ox, GaFeO₃, BaTiO₃, Y₃Fe₅Oi?. LaF₃, w CeF₃ und LaOFentnommen ist

4. Maske nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material GaFeO₃ ist.

5. Maske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-lichtundurchlässigen Gebiete der Schicht (12, 26) zwischen etwa 500 Ä und etwa 3 μπι dick sind.

6. Maske nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachte Schicht (12, 26) bis zur Unterlage *> durchgehende öffnungen (16) aufweist.

7. Maske nach einem oder mehreren der Ansprüche ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (26) in die Unterlagt {20) eingebettet ist.

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