DE2338160C3

DE2338160C3 - Schichtanordnung auf einem Halbleiterplättchen

Info

Publication number: DE2338160C3
Application number: DE2338160A
Authority: DE
Inventors: Edward B. Stanford Calif. Stoneham
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1973-07-27
Publication date: 1981-05-07
Also published as: FR2197235B1; US3884698A; DE2338160A1; HK67978A; DE2338160B2; FR2197235A1; JPS5232953B2; GB1439153A; JPS4955280A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schichtanordnung auf einem Halbleiterplättchen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schichtanordnung ist aus der FR-PS 15 97 073 bekannt.

Moderne Verfahren zur Herstellung von miniaturisierten Halbleiterbauelementen beinhalten viele Stufen der Beschichtung und Ätzung eines Plättchens aus geeignetem Material. Mit der Verkleinerung der seitlichen Abmessungen der Bauelemente sind bei den üblichen Maskierungsverfahren für die Festlegung der zu ätzenden Bereiche des Plättchens ernsthafte Schwierigkeiten aufgetreten. Das übliche Verfahren zur Festlegung dieser Bereiche besteht darin, daß auf das Plättchen eine Schicht aus lichtempfindlichem Material, z. B. einem positiv oder negativ lichtbeständigen Material aufgebracht wird und daß dann ausgewählte Bereiche des lichtbeständigen Materials belichtet werden. Im Falle von handelsüblichen negativ lichtbeständigen Materialien werden die belichteten Bereiche in einem Entwickler unlöslich gemacht, während die nicht belichteten Bereiche aufgelöst werden. Im Falle von handelsüblichen positiv lichtbeständigen Materialien werden die belichteten Bereiche in einem Entwickler ausgewaschen, während die nicht belichteten Bereiche bestehen bleiben. In beiden Fällen bildet das auf dem Plättchen verbleibende lichtbeständige Material ein Muster für die nachfolgende Ätzung einer Isolierschicht, z. B. eines Oxids unterhalb der lichtbeständigen Schicht Das Muster soll dabei ein getreues Abbild eines Originalmusters sein, welches von einer mit dem Muster bedruckten Maske auf die lichtempfindliche Schicht übertragen worden ist

Bei optischen Projektionsdruckverfahren ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß das zur Belichtung verwendete Licht monochromatisch sein muß, was ίο wiederum erfordert, daß das von dem Licht belichtete lichtempfindliche Material ein positiv lichtbeständiges Material sein muß.

Diese Erfordernisse ergeben sich daraus, daß das zur Verkleinerung des Bildes benutzte Linsensystem die Fähigkeit haben muß, in einem großen Bereich 1 μηι breite Einzelheiten aufzulösen. Dies kann mit tragbarem Aufwand nur erreicht werden, wenn das System für monochromatisches Licht ausgelegt ist. Nun ist es aber bekannt, daß monochromatisches Licht zwar positiv lichtbeständige Materialien richtig belichten kann, daß dies jedoch nicht für negativ lichtbeständige Materialien gilt Das Maskenprojektionsdruckverfahren erfordert dementsprechend die Benutzung eines positiv lichtbeständigen Materials.

Durch Reflexionen an der Grenzfläche zwischen lichtempfindlicher Schicht und Halbleiterplättchen kommt es bei monochromatischem Licht zu Interferenzen, durch welche nach Art von stehenden Wellen helle und dunkle Bereiche entstehen. Dies führt zu unerwünschten Belichtungsunterschieden des lichtempfindlichen Materials.

Um diese Schwierigkeiten zu verringern ist bereits bekannt (FR-PS 15 34 173), zwischen Halbleiterplättchen und lichtempfindlicher Schicht eine lichtabsorbie-

)■> rende Schicht anzuordnen. Auch dies führt aber nicht zu optimalen Ergebnissen, da das Reflexionsproblem prinzipiell nicht gelöst wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Amplituden der stehenden Wellen so weit zu reduzieren, daß eine einheitliche Belichtung über die lichtempfindliche Schicht erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst
Die reflexionsmindernde Schicht kann aus Molybdän, Chrom, Gold, Kupfer, Nickel, Aluminum oder Tantalnitrid bestehen. Die Schicht wird auf das Oxid unter Benutzung bekannter Verfahren aufgebracht, z. B. durch Aufspritzen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines

so Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen Querschnitt durch eine Schichtanordnung auf einem Halbleiterplättchen, bei welcher eine reflexionsmindernde Schicht zur Erzeugung von reflektierten Lichtwellen benutzt wird, die sich in der lichtempfindlichen Schicht gegenseitig auslöschen.

In der Figur stellt 1 ein Plättchen aus einem geeigneten Halbleitermaterial, z. B. Silizium, dar. Einige andere, ebenfalls benutzbare Materialien sind Germanium, Galliumarsenid, Tantalnitrid, Molybdän oder Galliumarsenid mit epitaxial gezüchtetem Germanium auf der Oberfläche. Eine isolierende Schicht 2 aus einem Material wie Siliciumdioxid (S1O2), aufgespritztem Quarz, Siliciumnitrid (S13N4), Aluminiumoxid (AI2O3) oder Siliciummonoxid (SiO) ist auf das Plättchen aufgetragen. Eine reflexionsmindernde Schicht 4 besteht aus einem oder mehreren festen Materialien, z. B. Molybdän, Chrom, Gold, Nickel oder Tantalnitrid. Eine

Schicht 3 aus lichtempfindlichen Material ist auf die reflexionsmindernde Schicht 4 aufgetragen. Durch passende Auswahl der Dicke der reflexionsmindernden Schicht 4 und der Dicke der darunterliegenden Schicht 2 aus Isoliermaterial ist es möglich, daß jegJiches Licht an einer Reflexion zurück in die lichtempfindliche Schicht 3 gehindert wird und folglich eine optische Interferenz und die daraus resultierende stehende Welle in der lichtempfindlichen Schicht 3 zu eliminieren. Gleichzeitig ist es möglich, das Material für die reflexionsmindemde Schicht so auszuwählen, daß das lichtempfindliche Material darauf fest haftet.

Der mit /bezeichnete Pfeil ist ein monochromatischer Lichtstrahl, der durch das beim Maskenprojektionsdruckverfahren benutzte umgekehrte Mikroskop auf das Plättchen fokussiert wird. Das Licht hat eine mit einem Muster versehene Maske passiert und wird benutzt, um dieses Muster auf das Plättchen zu übertragen, indem die lichtempfindliche Schicht belichtet wird, h ist der Teil des Lichtstrahles, der durch die reflexionsmindernde Schicht 4 hindurch in die isolierende Schicht 2 gelangt, während I₂ der Teil des einfallenden Strahles ist, der von der reflexionsmindernden Schicht 4 reflektiert wird. Da die reflexionsmindernde Schicht 4 dünn im Vergleich zur Wellenlänge des Lichtes ist, kann man die von der oberen und der unteren Oberfläche der reflexionsmindernden Schicht 4 reflektierten Wellen als eine einzige kombinierte Reflexion betrachten, die in der Figur mit A bezeichnet ist. /3 ist der Teil von /1, der von der Grenze zwischen jo dem Halbleiterplättchen 1 und der Schicht 2 reflektiert wird, und /₄ ist der Teil von /3, der durch die reflexionsmindernde Schicht 4 hindurch zurück in die lichtempfindliche Schicht 3 gelangt. Der Teil /,, der an der Grenze zwischen Schicht 2 und reflexionsmindern- J5 der Schicht 4 zurück in die Schicht 2 reflektiert wird, ist mit /5 bezeichnet, während h den Teil von /5 darstellt, der von der Grenze zwischen dem Halbleiterplättchen 1 und Schicht 2 reflektiert wird. Schließlich ist /7 der Teil von I₆, der durch die reflexionsmindernde Schicht 4 zurück in die lichtempfindliche Schicht 3 gelangt Es werden hier nur Reflexionen erster und zweiter Ordnung betrachtet, da Reflexionen höherer Ordnung im Verhältnis zu den ersten beiden Ordnungen vernachlässigbar kleine Amplituden haben. In der lichtempfindlichen Schicht 3 sind dann die einfallende Welle /, die sich in Richtung auf die reflexionsmindernde Schicht 4 ausbreitet, sowie eine reflektierte Welle vorhanden, die die Summe aus /2, /4 und /7 darstellt.

Um die reflektierte Welle in der lichtempfindlichen Schicht 3 zu eliminieren, müssen die Amplituden- und Phasenbeziehungen zwischen den Wellen I₂, U und /7 so gewählt werden, daß die Interferenz zwischen diesen Wellen zu einer vollständigen Auslöschung führt Dies wird dadurch erreicht, daß die Dicke h₂ der Schicht 2 so gewählt wird, daß /4 um 180° phasenverschoben gegenüber I₂ ist, wobei /7 nahezu in Phase mit I₂ gebracht wird. Die Gleichungen für die Phasenänderungen der reflektierten Wel'en sind bekannt und finden sich z. B. im »American Institute of Physics Handbook«, 2. Auflage 1963, Seiten 6-104, 6-105. Unter Benutzung der Gleichungen dieser Quelle wird dann die Dicke h\ der reflexionsmindernden Schicht 4 so ausgewählt, daß die Amplitude der Welle U gleich der Summe der Amplituden der Wel'en I₂ und /7 ist. Da /4 um 180° phasenverschoben zu I₂ und /7 ist, ergibt sich eine vollständige Auslöschung zwischen diesen drei Wellen, und es wird kein Licht zurück in die lichtempfindliche Schicht 3 reflektiert. Die lichtempfindliche Schicht 3 wird dann ausschließlich durch die einfallende Welle / gleichmäßig belichtet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schichtanordnung auf einem Halbleiterplättchen zur Erzeugung einer maskierenden Schicht mittels eines photolithographischen Verfahrens, wobei die Schichtanordnung aus einer lichtdurchlässigen Isolierschicht aus einem oder mehreren isolierenden Materialien auf dem Halbleiterplättchen, aus einer auf der Isolierschicht angeordneten, das Reflexionsvermögen beeinflussenden Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht angeordneten Schicht aus lichtempfindlichem Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) so dick ist, daß eine erste Welle (h, I₄), die durch Reflexion an der Grenze zwischen dem Halbleiterplättchen (1) und der Isolierschicht (2) entsteht, um 180° phasenverschoben zu einer zweiten Welle (Ij) ist, die von der als reflexionsmindernde Schicht (4) aus einem oder mehreren festen Materialien ausgebildeten Zwischenschicht in die Schicht (3) aus lichtempfindlichem Material zurückrcflcktiert wird, und daß die reflexionsmindernde Schicht (4) so dick ist, daß die Amplitude der durch sie hindurchgeleiteten ersten Welle (U) gleich der Summe der Amplituden der zweiten Welle (I₂) und einer durch die reflexionsmindernde Schicht (4) hindiirchgeleiteten dritten Welle (h) ist, die ein zweites Mal von der Grenze zwischen dem Halbleiterplättchen (1) und der Isolierschicht (2) reflektiert wird, nachdem sie einmal von dieser Grenze (1, 2) zur reflexionsmindernden Schicht (4) und von der reflexionsmindernden Schicht (4) zurück zu dieser Grenze (1,2) reflektiert worden ist.

2. Schichtanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflexionsmindernde Schicht (4) aus Molybdän, Chrom, Gold, Kupfer, Nickel, Aluminium oder Tantalnitrid besteht.