DE2145647B2

DE2145647B2 - Verfahren zum herstellen von mustern auf einem substrat

Info

Publication number: DE2145647B2
Application number: DE19712145647
Authority: DE
Inventors: Gary Lee; Gittelman Donald Henry; Reading Pa. Christensen (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-09-18
Filing date: 1971-09-13
Publication date: 1973-08-02
Also published as: CA944998A; US3705055A; GB1361637A; FR2107713A5; IT942608B; DE2145647A1; DE2145647C3; NL7112810A; JPS5417139B1; BE772619A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Mustern mit wenigstens teilweise einer Linienbreite von nur etwa 0,005 cm auf einem Substrat, bei dem auf das Substrat ein Photolack aufgebracht, der Photolack im gewünschten Muster selektiv belichtet, entwickelt und zur Bildung von Öffnungen in der Photolackschicht gewaschen wird, worauf das Substrat der Einwirkung eines chemischen Mediums ausgesetzt wird.

Die Herstellung aktinischer Muster mittels Photolack ist durch ein Problem beinträchtigt, das als »Verschmutzung« bekannt ist und einen Zustand beschreibt, bei welchem Flächen von Mustern, die frei von Photolack sein sollen, nicht völlig sauber sind. Bei diesem Verfahren wird die Anwesenheit von Photolack auf ausgewählte Flächen des Substrats begrenzt, und andere Flächen bleiben vollkommen frei. Es kommt voi, daß die Flächen, die frei von Photolack sein sollen, nicht vollkommen sauber, sondern verunreinigt mit Materialien sind, die Reste des organischen Grundmaterials des Photolackes sind. Solche Verunreinigungen können dadurch entstehen; daß rauchdurchsetzter Nebel auf das organische Material des Photoleiters einwirkt und eine teilweise Polymerisation verursacht. Die teilweise polymerisierten Teilchen des Photolackes werden beim normalen Entwickeln nicht ausgewaschen und bleiben als Schmutzablagerungen zurück.

Es ist bekannt, die zum Auftragen von Photolacken ^6s verwendeten Lösungsmittel mit einer Aufheizperiode des Photolackträgers zu beseitigen. Bei dieser Aufheizung tritt auch eine thermische Zersetzung der Sauerstoff träger auf, die als Komponenten von rauchdurchsetztem Nebel in die Photolackzusammensetzune gelangen. Es wird angenommen, daß diese Zersetzung die unerwünschten radialen Erreger erzeugt, welche die Polymerisation einleiten und somit auch als Erzeuger der Verschmutzungen anzusehen sind, die nach der Entwicklung zurückbleiben.

Für die Beseitigung dieser Verschmutzungen sind eine Reihe von Verfahren bekannt. In der Druckindustrie ist es beispielsweise bekannt, die beim Ätzen von Druckplatten verwendeten Photolackreste und nach dem Entwickeln noch vorhandene Schmutzablagerungen durch partielles Ätzen von den sauberen Flächen zu entfernen. Dieses Verfahren ist aber nicht in allen Fällen anwendbar, bei dem beim partiellen Ätzen nicht nur die Schmutzablagerungen erfaßt und beseitigt, sondern auch die Muster in Mitleidenschaft gezogen werden, wenn nicht ein besonderer Schutz vorgesehen wird.

Bei integrierten Schaltungen mit Halbleitern, wo die Leitungsbreiten extrem schmal sind, birgt ein ungenaues Ätzen die Gefahr der Zerstörung der Leiter in sich und ist deshalb hier für die Schmutzentfernung nicht geeignet.

Das Ziel der Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren zum Entfernen der Schmutzablagerungen auf Mustern verfügbar zu machen, die auf einem mit Photolack bedecktem Substrat gebildet werden und extrem schmale Leiter aufweisen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, hier die Schmutzablagerungen durch kräftiges Einwirken mit der Entwicklerlösung auf das Substrat zu entfernen. Ein Erfolg konnte mit dieser Methode aber nicht erzielt werden. Im Gegenteil, sie birgt die Gefahr in sich, daß der Photolack von den Stellen abgerissen wird, die als Leiter dienen und auf dem Substrat verbleiben müssen.

Es sind auch bereits Verfahren aufgezeigt worden, mit denen die Bildung von Schmutzabiagerungen auf integrierten Schaltungen verhindert werden soll. Es wird hierfür vorgeschlagen, bestimmte Photolacke nur während beschränkter Tageszeiten zu verwenden, wenn der Gehalt an rauchdurchsetztem Nebel gering ist. Auch die Verwendung von weniger gegenüber der unerwünschten Polymerisation anfälligen Lacken wurde bereits vorgeschlagen. Während nach dem ersten vorgeschlagenen Verfahren der Wirkungsgrad der Herstellung erheblich reduziert wird, schränkt das zweite Verfahren die Flexibilität des Herstellungsprozesses ein, da manche gegenüber rauchdurchsetzter Nebelbildung weniger anfällige Photolacke unerwünschte Eigenschaften haben.

Nach weiteren bekannten Verfahren können zurückgebliebene Teilchen des Photolackes vom Substrat durch Einwirken mit einem oxydierenden Medium beseitigt werden. Bei diesen Verfahren, die den Ätzverfahren nicht unähnlich sind, können ganze Photolackschichten durch Einwirkung mit einem oxydierenden Medium beseitigt werden. Die Einwirkung mit dem oxydierenden Medium erfolgt nach Vorbehandlung mit einem chemischen Medium. Für die Herstellung von Linienmustern mit extrem schmalen in der Größenordnung von 0,005 cm liegenden Linienbreiten eignen sie sich nicht. Es muß hier wie bei den anderen bekannten Ätzverfahren befürchtet werden, daß derart schmale Leiter abgeätzt und die integrierten Schaltungen unbrauchbar gemacht werden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das Substrat vor der Einwirkung des chemischen Mediums dadurch von unerwünschten Restverunreinigungen im ausgewaschenen Muster befreit wird, daß es so lange der Einwirkung eines Sauerstoffplasmas ausgesetzt wird, daß jedes in den Öffnungen verbliebene organische Material vollständig, die Photolackschicht jedoch nur in einem Bruchteil ihrer Dicke oxydiert wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß auch extrem enge Leiterbreiten einwandfrei auf dem Substrat getrennt werden kö/inen, so daß die Herstellung einwandfreier integrierter Schaltungen damit industriell möglich wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Schnitt eines Substratteils mit in voller Dicke polymerisierten Photolackschicht und einer unbedeckten Fläche, auf der sich organische Schmutzablagerungen niedergeschlagen haoen,

F i g. 2 den Schnitt des Substrats der F i g. 1 nach Beseitigung der Ablagerungen durch Oxydation, wobei dargestellt ist, daß die Dicke der polymerisierten Photolackschicht nur um einen Bruchteil verringert worden ist.

Die Erläuterung des Verfahrens soll in Verbindung mit einer Photolackschicht beschrieben werden, die zum Maskieren von Teilen auf ein Platinsubstrat aufgetragen worden ist, auf dem ein Goldmuste* für die elektrischen Verbindungen ausgebildet werden soll.

F i g. 1 zeigt ein Siliziumsubstrat 20 im Gebiet eines Kontaktfensters. Ein Platinsilizid-Kontakt 22 befindet sich in dem Fenster, eine Titanschicht 24 über dem gesamten Substrat 20. Auf der Titanschicht 24 ist eine Platinzwischenschicht 26 aufgebracht, und eine Photolackschicht 28 befindet sich auf dem Platin ~ar Festlegung des Musters. Ein zurückgebliebener Teil Photolack oder Schmutzablagerung 29 bleibt in der Fläche des Kontaktfensten.

Es ist erwünscht, auf dem exponierten Teil des Platin Gold aufzubringen, um auf dem Substrat 20 ein Muster von Verbindungen zu formen. Eine detaillierte Diskussion über das Herstellen von Kristallen integrierter Schaltungen, von denen das Substrat 20 ein Teil ist, kann man im Artikel »Manufacturing Beam-Lead, Sealed Junction Monolithic Integrated Circuits«, von S.S.Hause und R. A. Whitner, in The Western Electric Engineer, Dezember 1967, Band XI, Nr. 4, S. 3 bis 15, finden.

Die Photolackschicht 28 besteht vorzugsweise aus KPR-2, d^r bei Eastman-Kodak, Co., New York, erhältlich ist. KPR-Photolacke enthalten im allgemeinen Polyvinylcinnamate, die mit Polyvinylalkohol misch-polymerisiert sind. Man hat gefunden, daß Polyvinylalkohol-Photolacke besonders zur Schmutzablagerung neigen, die durch Komponenten rauchdurchsetzten Nebels oder durch Feuchtigkeitsverschmutzung verursacht wird. Die Verwendung dieser Fhotolacke ist auf Grund dieser Empfindlichkeit von einigen Halbleiter-Herstellern reduziert worden.

Die VsAvendung von Polyvinylalkohol-Photolakken auf Platin-Oberflächen und bei anderen Halbleiteranwendungen ist jedoch wegen der besonders guten Haftung erwünscht, die mit solchen Photolakken erreicht werden kann. Der Mechanismus dieser Haftung ist in der belgischen Patentschrift 763 309 diskutiert. Dieses Patent wurde am 15. April 197i erteilt. Es ist offensichtlich, daß ein Maximum an Haftung eine minimale Wahrscheinlichkeit zum Unterplattieren ergibt und deshalb eine extrem gute LeitungsbegrenzuTg zur Folge hat. Da die Leitungen in der Größenordnung von 0,005 mm liegen, ist eine gute Begrenzung wesentlich. Obwohl der Polyvinylalkohol-IPhotolack bei manchen Anwendungen sehr erwünscht ist, hat seine Neigung zur Ablagerung von Verunreinigungen seine weitläufige Verwendung in

ίο diesen Anwendungen demzufolge bisher verhindert. Wie oben diskutiert, nimmt man an, daß die Schmutzablagerung durch irgendwelche Vorbereitung und unerwünschte Polymerisation des Photolackes hervorgerufen wird, die wegen der Anwesenheit von Ur-

Sprungserzeugern auftritt, die durch thermische oder photolytische Zersetzung von Sauerstoffträgern erzeugt werden. Was jedoch auch immer der Grund ist, so tritt die Schmutzablagerung 29 auf, und ihre Anwesenheit verhmdert e^: <- gleichmäßige Ablagerung von Gold auf dem Platin 2 5.

Der sehr feine Aufbau in Verbindung mit so niedrigen Leitungsbreiten wie 0,005 mm ist nicht sehr verträglich gegenüber mechanischer Überbeanspruchung, die nötig wäre, um die Schmutzablagerung 29

in einem unter Druck ausgeführten Entwicklungsvorgang zu entfernen. Auch ein physikalisches Kratzen oder Bürsten an der Schmutzablagerung 29 wäre nicht durchführbar. Bisher wurde vorhandene Schmutzablagerung in den unbedeckten Flächen

durch Abziehen des gesamten Photolackes 28 in der Hoffnung abgelöst, daß ein wiederaufgebrachter Photolack frei von Schmutzablagerung 29 sein würde.

Es wurde jedoch entdeckt, daß ein solches Wiederaufbringen von Photolack 28 nicht nötig ist, wenn sich die Schmutzablagerung 29 bi'det. Statt dessen kann das gesamte Substrat 20 einem oxydierenden Medium ausgesetzt werden, in welchem die organische Schmutzablagerung 29 in Wasserdampf und Kohlendioxyd vollständig oxydiert wird, die natürlich beide ohne weiteres vom Substrat entfernt werden können. Ein oxydierendes Medium wird natürlich die äußere Oberfläche der Photolackschicht 28 an den Stellen, wo sie erwünscht ist, angreifen und wird

+5 einen Bruchteil der Dicke des Photolackes oxydieren. Ein dem oxydierenden Medium kontrolliertes Aussetzen hat jedoch eine Beseitigung der Schmutzablagerung ?D zur Folge ohne eine nachteilige Reduktion der Dicke der Photolackschicht 28, wie js in F i g. 2 gezeigt ist.

Es können verschiedene Oxydationsarten angewendet werden. Das Substrat kann einei- Ozonbehandlung unterzogen werden oder einer Behandlung in einem SauerstofTplasma bei erhöhter Temperatur.

Dies sind nur zwei Beispiele verwendbarer Quellen aktiviert Sauerstoffatome, die mit den organischen Materialien der Schmutzablagerung 29 leicht zur Reaktion gebracht werden können.

Es ist wichtig, eine Temperatur zu verwenden, die keinen schnellen und allgemeinen Verfall des Photolackes an den Stellen, wo er erwünscht ist, zur Folge hat. Die Verwendung aktivierten Sauerstoffs wie in einem Plasma oder Ozon erzeugten freiwerdenden Sauerstoffs hat die gewünschte Beseitigung der Schmutzablagerung bei einer Temperatur zur Folge, die genügend tief ist, um Zersetzung des Photolackes an den Stellen, wo er erwünscht ist, auszuschließen. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, die Temperaturen

zum Abbauen der Schmutzablagerungen unterhalb 150⁰C zu halten.

Es ist jedoch möglich, eine Temperatur bis zu 250° C zum Herstellen einer die Schmutzablagerungen abbauenden Atmosphäre zuzulassen, wenn die s Zeitdauer des Einwirkenlassens auf weniger als 1 Minute begrenzt ist.

In einem Anwendungsbeispiel der oxydierenden Ablagerungstechnik wurde ein mit Platin beschichtetes Substrat in kaltem Königswasser (3:1, Salz- säure und Salpetersäure) 30 Sekunden lang gereinigt. Das Substrat wurde in einer deionisierten Wasserkaskade 5 Minuten gespült. Daraufhin wurde es getrocknet und in einer sauberen Stickstoffatmosphäre bei 165° C 30 Sekunden lang ausgeheizt.

KPR-2-Photolack wurde auf einer herkömmlichen Drehscheibe bei 3000 Upm 20 Sekunden lang aufgebracht. Das beschichtete Substrat wurde in einer sauberen Stickstoffumgebung bei 90° C 30 Minuten lang ausgeheizt. Es wurde eine Maske über die ao Photolackschicht gebracht, und der Photolack wurde 10 Sekunden lang einer herkömmlichen aktinischeti Lichtquelle ausgesetzt. Das Substrat wurde mit dem folgenden Zyklus handentwickelt:

3 Minuten in KPR-2-Entwickler, erhältlich bei

Eastman-Kodak,

10 Sekunden in Isopropylalkoliol, 5 Sekunden in einem ersten Acetonbad, 5 Sekunden in einem zweiten Acetonbad, 10 Sekunden in chlorofluorisiertem Kohlenwasserstoff (elektronischer Gütegrad).

Das Substrat wurde mit dem übriggebliebenen Photolack in einer sauberen Stickstoffumgebung bei 115° C 30 Minuten lang ausgeheizt. Das Substrat wurde dann in einem Quarzboot in ein Sauerstoffplasma gebracht. Der verwendete Plasmagenerator wurde bei einem Hochfrequenz-Leistungspegel von 1000 Watt mit einer Sauerstoff-Durchflußrate von 700 ecm pro Minute betrieben. Das Startvakuum betrug 0,3 Torr, das Betriebsvakuum mit Sauerstoff betrug 8,0 Torr. Die Substrate waren dem Plasma für 30 Sekunden ausgesetzt.

Nach dem Entfernen aus der Plasmamaschine war Goldplattierung erreicht, die normalen Praktiken entsprach, wobei keinerlei durch die Anwesenheit von Schmutzablagerung verursachte Ungleichmäßigkeit vorhanden war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Mustern mit wenigstens teilweise einer Linienbreite von nur etwa 0,005 cm auf einem Substrat, bei dem auf das Substrat ein Photolack aufgebracht, der Photolack im gewünschten Muster selektiv belichtet, entwickelt und zur Bildung von Öffnungen in der Photolackschicht gewaschen wird, worauf das Substrat der Einwirkung eines chemischen Mediums ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat vor der Einwirkung des chemischen Mediums dadurch von unerwünschten Restverunreinigungen im ausgewaschenen Muster befreit wird, daß es so lange der Einwirkung eines Sauerstoffplasmas ausgesetzt wird, daß jede« in den öffnungen verbliebene organische Material vollständig, die Photolackschicht jedoch nur in einem Bruchteil ihrer Dicke oxydiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung der Restverunreinigungen eine Temperatur von weniger als 250° C, Vorzugs v/eise 150° C oder weniger, und daß eine Einwirkungsdauer von weniger als 1 Minute verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Photolack vom PoIyvinylalkoh^liyp verwendet wird.