DE2227342A1

DE2227342A1 - Verfahren zum herstellen eines musters hoher aufloesung

Info

Publication number: DE2227342A1
Application number: DE19722227342
Authority: DE
Inventors: Alex Nigel Broers; Thomas Oliver Sedgwick
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-06-30
Filing date: 1972-06-06
Publication date: 1973-01-18
Also published as: DE2227342C2; FR2143713A1; FR2143713B1; JPS5432315B1; GB1363386A

Description

Böblingen, 29. Mai 1972 oe-wk

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anipelderin: YO 970 094

Verfahren zum Herstellen e>ines_ Musters hoher Auflösung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Musters hoher Auflösung auf einer mit Fotolack bedeckten Unterlage durch Belichtung des Fotolacks mit einem Elektronenstrahl, Entfernen der belichteten Bereiche/ Aufbringen von Material auf die gesamte, teilweise mit Fotolack abgedeckte Oberfläche und Entfernen des restlichen Fotolacks.

Fotolithografische Verfahren, bei denen statt mit ultraviolettem Licht mit einem Elektronenstrahl belichtet wird, werden eingesetzt, um zum Beispiel ein Muster von schmalen, metallischen Leitern auf einer Unterlage zu erzeugen. '

Es hat sich gezeigt, daß die dabei erzielbare minimale Linienbreite begrenzt ist durch Elektronenstreuung, sowohl im Fotolack als auch zurück aus der Unterlage. Die Elektronen des Elektronenstrahls können in die Unterlage bis zu einer Tiefe von 2 oder 3 eindringen. Da viele Unterlagen eine Dicke haben, die verglichen mit dieser Eindringtiefe unendlich ist, werden viele Elektronen zurtickgestreut. Diese zurückgestreuten Elektronen belichten den Fotolack außerhalb des Gebietes, das dem Elektronenstrahl ausgesetzt war, was zur Folge hat, daß das belichtete Gebiet wesentlich breiter ist, als der Durchmesser des Elektronenstrahls. Die schmälsten Linien, die mit den bekannten Methoden erhalten

209883/0594

_ ο —
werden können, sind etwa 700 Ä breit. -

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von hochaufgelösten Strukturen durch Elektronenstrah!belichtung anzugeben, bei dem die Elektronenzuriickstreuung wesentlich verringert wird, und dadurch die Herstellung von Leiter- oder Isolatorstrukturen mit wesentlich kleineren Linienbreiten als bisher auf einer Unterlage ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Unterlage eine dünne Schicht mit einer Dicke zwischen 300 und 10 000 R verwendet wird. Dadurch wird die Anzahl und die Wirkung von zurückgestreuten Elektronen ganz wesentlich reduziert und die Verminderung der Auflösung durch zurückgestreute Elektronen ist praktisch beseitigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, daß ein Trägermaterial auf seiner Ober- und seiner Unterseite mit einer zwischen 300 und 10 000 R dicken Schicht überzogen wird,

daß die Schicht mit einer Fotolackschicht bedeckt wird, daß die Fotolackschicht auf der Unterseite des Trägermaterials durch eine Maske mit Aussparungen und auf der Oberseite über die ganze Oberfläche belichtet und anschließend entwickelt wird, daß die Schicht auf der Unterseite an den vom Fotolack nicht abgedeckten Stellen weggeätzt wird,
daß die Fotolackschicht entfernt wird

und daß das Trägermaterial an den Stellen, die die Schicht auf der Unterseite nicht bedeckt, geätzt wird, bis die von der Schicht auf der Oberseite bedeckten Fenster freigelegt sind.

In vorteilhafter Weise werden als Trägermaterial Silicium, für die zwischen 300 und 10 000 8 dicken Schichten Siliciumnitrid, als Ätzmittel für das Siliciumnitrid Flußsäure und als Ätzmittel für das Silicium Natriumhydrpxid und Brenzkatechin-äthylen-diamin

209883/0594

YO 970 094

verwendet.

Die Erfindung wird anhand eines durch die Zeichnungen erläuterten Ausfülirungsbeispieles beschrieben. Es zeigen, mit Ausnahme der Fign. 4 und 12 jeweils einen Querschnitt,

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des bekannten

Verfahrens zur Erzeugung eines Leitungsmusters auf einem Substrat durch Elektronenstrahleinwirkung,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens

zur Erzeugung eines Leitungsmusters hoher Auflösung auf einem Substrat durch Elektronenstrahleinwirkung, entsprechend den Merkmalen der Patentansprüche ,

Fig. 3 einen beidseitig beschichteten Halbleiterkörper

zur Erläuterung der ersten Verfahrensschritte,

Fig. 4 in Draufsicht das Muster der öffnungen, das auf

der unteren Seite des Halbleiterkörpers erzeugt wird,

Fig. 5 den Halbleiterkörper nach dem Anbringen des

Musters der Öffnungen auf der Unterseite,

Fig. 6 den Halbleiterkörper nach dem ausschnittsweisen

Entfernen der die Unterseite bedeckenden Substratschicht,

Fig. 7 den Halbleiterkörper mit den Substratschichten

nach dem Entfernen der Fotolackschichten,

Fig. 8 den Halbleiterkörper mit dem durch die Öffnun

gen gebildeten Fenstern in der oberen Substrat-

2 0 9883/0 594

YO 97O O94

-A-schicht,

Fig. 9 eines der in der oberen Substratschicht gebil

deten Fenster bei der Einwirkung des Elektronenstrahls ,

Fig. 10 das in Fig. 9 dargestellte Fenster mit der. durch

die Bestrahlung gebildeten Muster von öffnungen

und dein in diesen gebildeten Leitungsnuster, .

Fig. 11 entsprechend den Darstellungen in Fig. 9 und 10

das auf dem Substrat gebildete Leitungsmuster nach der Entfernung des Fotolacks, und

Fig. 12 das über einen Substratfenster gebildete Leitungsmuster, in Draufsicht.

Bei dem in Fig. 1 erläuterten, bekannten Verfahren wird auf das Substrat 12 die Fotolackschicht 10 aufgebracht und sodann mit dem Elektronenstrahl 30 entsprechend dem auf dem Substrat zu erzeugenden Leitungsmuster belichtet. Nach dem Belichten werden die belichteten Stellen des Fotolacks mit einem Lösungsmittel entfernt, so daß an diesen Stellen das Material für die Leitunqszüge aufgebracht werden kann. Bei diesem Verfahren dringt der Elektronenstrahl, wie durch den Bereich 13 angedeutet, etwa 2 bis 3 μ in das Substrat ein, dessen Dicke bezüglich der Eindringtiefe des Elektronenstrahls als unendlich angesehen werden kann. Die bei dieser Eindringtiefe auftretende Rückstreuung von Elektronen verursacht eine zusätzliche Belichtung des Fotolacks in der Umgebung der durch den Elektronenstrahl belichteten Bereiche, was zur Folge hat, daß die tatsächlich belichteten Bereiche, wie durch die Pfeile angedeutet, wesentlich breiter sind als die durch den Elektronenstrahl allein belichteten. Es ist deshalb sehr schwierig, auf dem Fotolack ein Muster mit sehr eng beioinanderliegenden Linien und ein entsprechend eng beieinanderliegendes Muster von Leitungen zu erzeugen. Die mit diesen A'orfah-

970O94 20 9 883/059

ren erreichbare, schmälste Linienbreite beträgt etwa 700 Ä.

Bei dem in Fig. 2 erläuterten Verfahren wird ein sehr dünnes Substrat benutzt, dessen Dicke zwischen 300 und 10 000 Ä beträgt. In diesem Fall durchdringen die Elektronen des belichtenden Elektronenstrahl nur eine ganz dünne Materialschicht, aus der sie auf der anderen Seite wieder austreten. Die Rückstreuung von Elektroden ist im diesem Fall wesentlich geringer, so daß die durch den Elektronenstrahl belichteten Bereiche wesentlich schmäler werden. Die erreichbare, schmälste Linienbreite beträgt etwa 300 R.

Als Substrat kann jedes Material dienen, das mit einigermaßen ebener Oberfläche, in Schichtdicken zwischen 300 und 10 000 A hergestellt werden kann, zum Beispiel Kunststoffe, Metalle und anorganische Verbindungen. Im folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates mit der gewünschten geringen Schichtdicke beschrieben.

Der erste Verfahrensschritt ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei wird zunächst ein Siliciumplättchen 16 auf seiner Ober- und Unterseite mit einer Schicht Siliciumnitrid 18 bzw. 18' bedeckt. Das Siliciumnitrid kann zum Beispiel in einer geeigneten konventionellen Bedampfungsapparatur erzeugt werden, in welcher Silan und Ammoniak bei 820 C miteinander reagieren. Auf die beiden SiIiciumnitridschichten 18 bzw. 18' wird nun eine etwa 1000 A dicke Fotolackschicht 20, zum Beispiel durch Aufschleudern, aufgebracht. Die Fotolackschicht 20 auf der Siliciumnitridschicht 18" wird durch eine Maske mit einem Muster belichtet, wie es Fig. 4 wiedergibt. Die rechteckigen öffnungen 24 haben Seitenlängen zwischen 0,1 und 0,6 mm. Die nach dem Entwickeln des Fotolackes freigelegtem Bereiche 26 (Fig. 5) der Siliciumnitridschicht 187, die den Maskenöffnungen 24 entsprechen, werden nun, zum Beispiel mit Flwißsäure, geätzt. Das Ergebnis zeigt Fig. 6. Nach dem Vollständigen Entfernen des Fotolacks auf der Unter- und Oberseite desf Siliciumiplättchens - das Ergebnis zeigt Fig. 7 - wird das nicht ·.·>

22273A2

mehr mit Siliciumnitrid abgedeckte Silicium zum Beispiel ir.it einer 30 %igen tlatriumhydroxidlösung oder mit Brenzkatnchinätliylen-diamin weggeätzt bis zur Siliciumnitrid.qohicht LC. Die geätzte Struktur zeigt Fig. 0. Die entstandenen Fenster 2fi bestehen ausschließlich aus dem Siliciumnitrid der Schic¹!t IR.

Fig. 9 zeigb in einem gegenüber Fig. 8 vergrößerten Maßstab eines der Fenster 28, auf das der Elektronenstrahl 30 gerichtet wird, nachdem die Siliciumnitridschicht 18 mit der Fotolackschicht 22 bedeckt worden ist. Hieraus wird ersichtlich, daß nut der in Fig. 9 gezeigten Struktur in der Fotolackschicht 22 mittels des Elektronenstrahls eine sehr hochaufcjelöste Struktur erzeugt werden kann, da die Zurückstreuung von Elektronen wegen der geringen Dicke der Siliciumnitridschicht 18 im wesentlichen verhindert wird. Nach dem Belichten der Fotolackschicht 22 in Bereich des Fensters 28 und deren teilweisen Entfernung durch ein geeignetes Lösungsmittel wird ein Metall oder auch ein anderes Material, zum Beispiel durch Bedampfen, aufgebracht. Wie Fig. 10 zeigt, bedeckt das Material, zum Beispiel die Metallschicht 32, zum Teil die übriggebliebene Fotolackschicht 22 und zum Teil die freigelegte Siliciumnitridschicht 18. Jetzt muß nur noch die übriggebliebene Fotolackschicht 22 und damit das auf ihr liegende Material entfernt werden, um die in Fig. 11 im Querschnitt und in Fig. 12 in Draufsicht gezeigte Struktur zu erhalten.

Die Fotolackschicht 22 kann aus den handelsüblichen Fotolacken hergestellt werden. Die Fotolackschicht 22 kann zum Beispiel aus Polymethylmetacrylat hergestellt werden. Ein dazu passendes Lösungsmittel ist Trichloräthylen. Der Elektronenstrahl kann zum Beispiel mit einem Gerät erzeugt werden, wie es in der Veröffentlichung: "Device Fabrication Using Scanning Electron Bean System" von T. P. Chang, Proc. of 4 Scanning Electron Microscope Symposium, IIT Research Seite 417 ff. aus dem Jahr 19 71 beschrieben ist.

BAD OfIiGiNAL

YO 970 094 2Q9883/0S94

In dem Beispiel dient als Substrat eine dünne Schicht von Siliciumnitrid. Das Verfahren ist nicht auf diese Verbindung beschränkt, In Frage kommen andere anorganische Filme, wie zum Beispiel Al^O₃, oder organische Polymere, die in außerordentlich dünnen Schichten, in der Größenordnung von 1000 Ä, hergestellt werden können.

YO T7O O94

20 9 8Ö3/059A

Claims

-s-

PATENTA N- SP RÜCHE

Verfahren zum Herstellen eines Musters hoher Auflösung auf einer mit Fotolack bedeckten Unterlage durch Belichtung des Fotolacks mit einem Elektronenstrahl, Entfernen der belichteten Bereiche, Aufbringen von Material auf die gesamte, teilweise mit Fotolack abgedeckte Oberfläche und Entfernen des restlichen Fotolacks, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage eine dünne Schicht mit einer Dicke zwischen 300 und 10 000 A* verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trägermaterial (16) auf seiner Ober- und seiner Unterseite mit einer zwischen 300 und 10 000 S dicken Schicht (18 bzw. 18") überzogen wird,

daß die Schichten (18 und 18') mit einer Fotolackschicht (20) bedeckt werden,

daß die Fotolackschicht (20) auf der Unterseite des Trägermaterials (16) durch eine Maske mit Aussparungen (24) und auf der Oberseite über die ganze Oberfläche belichtet und anschließend entwickelt wird,

daß die Schicht (18') an den vom Fotolack nicht abgedeckten Stellen (26) weggeätzt wird,
daß die Fotolackschicht (20) entfernt wird und daß das Trägermaterial (16) an den Stellen, die die Schicht (18') nicht bedeckt, geätzt wird, bis die von der Schicht (18) bedeckten Fenster (28) freigelegt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial (16) Silicium, für die Schichten (I" und 18') Siliciumnitrid, als Ätzmittel für das Siliciumnitrid Flußsäure und als Ätzmittel für das Silicium ITatriunhydroxid und Brenzkatechin-äthvlen-dj airiin verwendet werden.

BAD ORIGINAL YO 970 094 209883/0594

Leerseite