DE2448535C2 - Verfahren zum Niederschlagen dünner leitfähiger Filme auf einem anorganischen Substrat - Google Patents

Verfahren zum Niederschlagen dünner leitfähiger Filme auf einem anorganischen Substrat

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Description

— Herstellen einer ersten Schicht eines nicht photoempfindlichen organischen polymeren Materials auf dem Substrat, welches an diesem haftet,
— Herstellen einer, an der ersten Schicht haftenden Maskenschicht aus einem anorganischen Material mit Öffnungen in einem gewünschten Muster,
— Herstellen von Öffnungen in der ersten Schicht bis auf das Substrat durch Zerstäubungsätzen, wobei die Öffnungen in der ersten Schicht mit den Öffnungen in der Maskenschicht ausgerichtet sind und seitlich größere Abmessungen aufweisen und
— Niederschlagen eines dünnen Films auf dem Substrat durch die miteinander ausgerichteten Öffnungen unter Verwendung der Maskenschicht als Niederschlagsmaske, und
— daß die erste Schicht und die Maskenschicht nach dem Niederschlag des dünnen Films auf dem Substrat entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zerstäubungsätzverfahren ein reaktives Zerstäubungsätzen angewandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Maskenschicht eine metallische Schicht verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Halbleitersubstrat verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Metalloxid verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Siliciumdioxid verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Zerstäubungsätzen unter Verwendung von Sauerstoff als reaktionsfähiges Gas durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenschicht dadurch hergestellt wird, daß zuerst eine metallische Schicht auf der ersten Schicht aufgebracht und dann in dieser metallischen Schicht ein Muster von Öffnungen hergestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in der metallischen Schicht in der Weise hergestellt werden, daß zunächst eine Photolackmaske mit Öffnungen über der metallischen Schicht hergestellt wird, die dem zu erzeugenden Muster entsprechen und daß dann selektiv die belichteten Bereiche der metallischen Schicht entfernt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Schicht bei einer Temperatur oberhalb von 100° C aufgebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht dadurch gebildet wird, daß zunächst eine polymere Photoresistschicht auf dem Substrat aufgebracht und dann diese Photoresistschicht durch Aufheizen oder Brennen photounempfindlich gemacht wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem
in Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derzeit verwendet man bei der Herstellung von dünnen, metallischen Filmen durch Niederschlag im Vakuum Ätzverfahren in Gegenwart von gegen die Ätzlösung widerstandsfähigen Photolackschichten zur Herstellung der gewünschten, ausgewählten Muster. Diese sind nichts anderes, als die üblichen Photogravier- und photolithographischen Ätzverfahren. Bei der fortschreitenden Miniaturisierung der integrierten Halbleiterschaltungen zur Erzielung größerer Dichte der Anordnung der einzelnen Bauelemente und kleinerer Baueinheiten in der Schaltungstechnik mit besonders hohem Integrationsgrad erreicht man ziemlich rasch einen Punkt, an dem lithographische Ätzverfahren bei niedergeschlagenen Filmen für die erforderliche, sehr hohe Auflösung für die feinen Linien der Metallisierung in einer solchen hochintegrierten Schaltung nicht mehr praktikabel sind.
Ein anderes, derzeit bei der Herstellung von Metallisierungen in hochintegrierten Schaltungen ange wandtes Verfahren wird im allgemeinen als Verfahren mit einer nur zeitweise vorhandenen Maske oder einer ablösbaren Maske bezeichnet Die folgenden Veröffentlichungen sind für eine Beschreibung dieser Verfahren typisch.
1. T. D. Schlaback und andere »Printed and Integrated Circuitry«, Seiten 352 bis 353, McGraw-Hill, New York, 1963.
2. K. C. Hu, »Expendable Mask: A new Technique for Patterning Evaporated Metal Films«, Electron
Packaging and Production, Oktober 1967.
3. M. Hatzakis, »Electron Resist for Micro-Circuit and Mask Production«, Journal of The Electrochemical Society, Band 116, Seite 1033,1969.
4. H. 1. Smith und andere, »A High-Yield Photolitho- ; graphic Technique for Surface Wave Devices«, Journal of The Electrochemical Society, Band 118, Seite 821,1971.
Die DE-OS 24 24 338 der Anmelderin ist auf ein Verfahren und eine Anordnung bei der Herstellung dünner Filme gerichtet, bei welchem das Ablösen der Kanten oder Ecken des niedergeschlagenen Films vermieden wird. Dieses Verfahren benutzt die Bildung einer metallischen Maskenschicht über einer ersten, auf dem Substrat aufgebrachten Schicht aus photoempfindlichem Material. Die photoempfindliche Schicht wird dann durch Öffnungen in der Maskenschicht überbelichtet, worauf die belichteten Teile der photoempfindlichen Schicht chemisch, beispielsweise durch einen Entwickler für Photolack, entfernt werden. Wegen dieser Überbelichtung ergibt der entfernte Photolack eine Struktur, bei der die Öffnungen in der Maskenschicht kleiner sind als die Öffnungen in der darunterliegenden photoemp findlichen Schicht. Man erhält dadurch eine gegenüber den öffnungen in der photoempfindlichen Schicht überstehende metallische Maske. Wenn man nun anschließend dünne Filme, insbesondere dünne Metall-
Mime über dieser Struktur niederschlägt und wenn man anschließend den verbleibenden Photolack durch übliche Verfahren entfernt, dann wird dadurch das Problem der Ablösung der Kanten praktisch beseitigt
Wenn die Breiten der Dünnfilmlinien, d.h. der metallischen Leitungen, die niedergeschlagen werden sollen, einen Abstand von etwa 0,013 mm oder mehr aufweisen, dann läßt sich das in dieser Patentanmeldung angegebene Verfahren zum Niederschlagen dünner Filme, insbesondere dünner metallischer Filme durchführen, ohne daß sich an den Kanten irgendeine Ablösung ergibt Ist der seitliche Abstand zwischen derart niedergeschlagenen Leitungen oder Linien kleiner, beispielsweise in der Größenordnung von 0,0013 mm bis etwa 0,0064 mm, dann muß mit Schwierigkeiten gerechnet werden, wenn man ein vollständiges Haften der metallischen Maske an der darunterliegenden Photolackschicht und außerdem auch ein ausreichendes Haften der niedergeschlagenen dünnen, metallischen Leitungen sicherstellen will.
Aufgabe der Erfindung ist es also, ein neuartiges Verfahren zum Niederschlagen dünner Filme als Muster mit gut definierten Kanten anzugeben. Insbesondere soll in dem neuen Verfahren mit einer ablösbaren Maske zum Niederschlagen solcher dünner Filme gearbeitet werden unter Verwendung einer zusammengesetzten Struktur mit einer Metallmaskenschicht derart daß sich keinerlei Schwierigkeiten bei der Adhäsion oder Haftung der metallischen Maskenschicht oder des dünnen Films ergibt
Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn die niedergeschlagenen dünnen Filme aus Linien bestehen, deren seitlichen Abmessungen und Abstände unier 0,0064 mm liegen.
Es wurde gefunden, daß bei Anwendung eines Verfahrens mit ablösbarer Maske, bei welchem das mit einem Niederschlag zu versehene Substrat mit einer zusammengesetzten Schicht aus einer metallischen Maskenschicht über einer photoempfindlichen Schicht maskiert wird, Schwierigkeiten bei der Haftung auftreten, wenn bei dem niederzuschlagenen dünnen Film die Breite der einzelnen Linien und ihr Abstand in der Größenordnung von 0,0064 mm oder weniger liegt. Eine Schwierigkeit liegt vor allen Dingen darin, daß auf jeden Fall sichergestellt werden muß, daß die Photoempfindlichkeit der untersten Schicht während der nachfolgenden Herstellungs-Verfahrensschritte erhalten bleibt Wenn daher eine Maskenschicht, z. B. eine metallische Maskenschicht, über dieser untenliegenden, photoempfindlichen Schicht niedergeschlagsn wird, muß jede merkliche Aufheizung oder Erhitzung während des Niederschlages vermieden werden, um in der photoempfindlichen Schicht eine Vernetzung zu verhindern, die die Photoempfindlichkeit zerstören würde. Wegen dieser Beschränkung bei der Aufheizung ergibt sich im Zusammenhang damit eine Beschränkung im Ausmaß der Bindung zwischen der photoempfindlichen Schicht und der darüberliegenden metallischen Schicht Sind die Breite und der Abstand der anschließend darauf niederzuschlagenen Linien oder Leitungen aus dünnen Filmen in der Größenordnung von 0,0013 mm oder mehr, dann reicht die Bindung aus, so daß die Maskenschicht vollständig erhalten bleibt. Kommt man aber zu Linienbreiten und Abständen in der Größenordnung von 0,0064 mm oder weniger, dann wird die Bindung der Maskenschicht, insbesondere einer metallischen Maskenschicht, mehr und mehr fragwürdie.
Selbst wenn keine wesentliche Aufheizung beim Niederschlag der Maskenschicht angewandt wird, kann es doch erwünscht sein, beim Niederschlagen eines dünnen Filmes, insbesondere eines metallischen dünnen ■■ Filmes, Wärme oder Aufheizen anzuwenden. Mit einer darunterliegenden photoempfindlichen Schicht die thermisch instabil ist muß ein nachfolgendes Aufheizen vermieden werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
>« löst dieses Problem durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung über Verfahren unter Verwendung von photoempfindlichen Lacken als unterste Schicht ist darin zu sehen, daß
ii beim chemischen Ätzen von öffnungen in solchen Photolack- oder Photoresistschichten dicke metallische Masken mit einer Stärke in der Größenordnung von 1000-nm verwendet werden müssen, um zu verhindern, daß das Ätzmittel die Masken durchdringt Solche dicken Masken begrenzen aber den seitlichen Abstand und den Abstand zwischen den Linien auf Abmessungen von 0,013 mm oder mehr. Mit dem neuen Verfahren brauchen die Masken nur eine Dicke von 100 nm bis 300 nm aufzuweisen, um als Masken für wirksames
2Ί Zerstäubungsätzen brauchbar zu sein. Damit werden aber seitliche Abmessungen und Abstände von 0,0064 mm oder weniger möglich.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer bevorzugten
«) Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der Zeichnung schematisch dargestellt ist beschrieben.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im einzelnen angegeben. In den Zeichnungen zeiger, die
ΐΐ Fig. IA-IH schematisch Querschnittsansichten einer gemäß einev bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellte Struktur sowie ein Flußdiagramm zur Beschreibung der einzelnen zugehörigen Verfahrensschritte.
F i g. 1A bis 1H zeigt die Bildung einer zusammengesetzten Maske gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sowie die Benutzung dieser zusammengesetzten Maske zum Ablösen. In Fi g. IA wird eine organisch polymerische Schicht 10, die nicht photoempfindlich ist, auf einem Subsfat 11 gebildet. Bei der Herstellung integrierter Schaltungen kann das Substrat 11 ein Halbleitermaterial sein oder ein Halbleitersubstrat mit einer Oberflächenschicht aus elektrisch isolierendem anorganischen Material, wie z. B. Siliciumdioxid. Die
■so Schicht 10 kann jedes polymere Material sein, das einerseits nicht photoempfindlich ist und andererseits sowohl am Substrat 11 als auch an anschließend darauf aufgebrachten anorganischen Maskenschichten gut haftet. Da Photoresist-Verbindungen bekanntlich Schichten bilden, die sowohl am Substrat als auch bei der Herstellung integrierter Schaltungen an darüberliegenden Schichten sehr gut haften, kann die Schicht 10 aus irgendeinem Photolack oder Photoresistmaterial bestehen, das nicht mehr photoleitend gemacht wurde, beispielsweise durch Aufheizen auf eine erhöhte Temperatur. Zur Bildung der Schicht 10 kann man beispielsweise eine Photolack-Zusammensetzung von KTFR und Zylen mit einem Verhältnis der Volumina von 2 :1 durch übliches Schleudern auf dem Substrat aufbringen. Ein anderes handelsübliches Photoresist ist z. B. AZl 11 (1 Teil AZl 11 und 2 Teile Verdünnungsmittel, das ebenfalls durch Schleudern aufgebracht werden kann). AZlIl wird durch die ShiDlev Comoration
geliefert. Anschließend wird dieser aufgebrachte Photolack bei erhöhter Temperatur in der Größenordnung von 210" C für eine so lange Zeit aufgeheizt, bis es thermisch stabil wird. Dabei wird die Schicht photounempfindlich. Die Zeit beträgt für KTFR etwa 30 min und für die AZ111-Verbindungen 15 min. Eine aus KTFR und AZIl 1 zusammengesetzte Schicht läßt sich ebenfalls als Schicht 10 einsetzen.
Andere Photolackmaterialien, die gebrannt werden können, um sie thermisch stabil und damit photounempfindlich zu machen und die, wie oben beschrieben, für eine Schicht 10 einsetzbar sind, sind sogenannte
negative Photoresistmaterialien einschließlich synthetischer Harze wie Polyvinylcinnamat- und Polymethylmethacrylat Eine Beschreibung solcher synthetischer und der zur Lichtsensibilisierung verwendeten Materialien findet man in dem Buch »Light Sensitive Systems« von Jaromir Kosar, insbesondere im Kapitel 4. Einige Photoresistverbindungen dieser Art sind in den den US-Patentschriften 26 10 120, 31 43 423 und 31 69 868 beschrieben. Außer dem negativen Photoresist kann man auch positive Photoresistmateriaiien benutzen, bei denen ein normalerweise im Entwickler unlöslicher Überzug an den Stellen löslich wird, die belichtet worden sind Solche Photolacke oder Photoresistmaterialien, wie sie beispielsweise in US-Patentschriften 3046 120und32 01 239beschrieben sind,enthalten auch Diazophotoresistmaterialien, die in den belichteten Bereichen in Azoverbindungen umgesetzt werden, die dann in der Entwicklerlösung löslich sind.
Neben den üblichen Photoresistmaterialien können auch die im folgenden genannten Polymeren als Schicht 10 eingesetzt werden. Da diese Materialien bereits thermisch stabil und nicht photoempfindlich sind, ist kein Brennen oder Sintern erforderlich, um sie photounempfindlich zu machen: Polyimide, wie z. B. das Reaktionsprodukt aus Pyrohonigsäure, Dianhydrid oder Pyromellitsäure, Dianhydrid und Oxy-P-P'-Phenylendiamin oder das Reaktionsprodukt aus Methylen-P-P'-Phenylen und Trihonigsäure. Dem Fachmann wird es ohne weiteres einleuchten, daß man die Haftfähigkeit dieser Poly materialien am Substrat 11 oder an der Schicht 12 dadurch verbessern kann, daß man besondere Haftmittel oder die Haftung verbessernde Verfahren verwendet
Die oben aufgeführten polymeren Materialien wurden ausgewählt weil sie die höchst wünschenswerte Eigenschaft haben, nur gasförmige Nebenprodukte zu bilden, wenn sie bei den oben angegebenen Kammerdrücken durch Zerstäubungsätzen abgetragen werden. Andere polymere Materialien, die beim Zerstäubungsätzen feste Nebenprodukte liefern, können ebenfalls eingesetzt werden, vorausgesetzt daß diese Nebenprodukte in wäßrigen Alkalilösungen löslich sind, die nach dem Ätzen dann zum Entfernen solcher Nebenprodukte benutzt werden können.
Die Stärke der Schicht 10 im trocknen Zustand liegt in der Größenordnung von 2 um.
Wie aus Fig. IB zu ersehen, wird als nächstes eine Schicht aus anorganischem Material 12, vorzugsweise Metall, auf der Schicht 10 bei erhöhten Temperaturen niedergeschlagen. Beispielsweise kann eine Kupferschicfat von etwa 100 nm Dicke durch übliche Aufdampfverfahren bei Temperaturen zwischen Zunmertemperatur and- IS)0C aufgebracht, werden. Andere Metalle, die sich für die Mäskenschicht 12 eignen, sind Aluminium und: Chrom. Ferner kann anorganisches Material, wie Glas, Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid benutzt werden.
Wie dann aus F i g. IC und 1D zu erkennen, wird ein bestimmtes Muster von öffnungen in der Maskenschicht 12 durch übliche photolithographische Verfahren, wie sie allgemein bei der Herstellung integrierter Schaltungen benutzt werden, hergestellt. Anschließend wird eine Schicht aus Photoresistmatcrial 13 auf der Schicht 12 aufgebracht Die Schicht 13 wird dann belichtet und in üblicher Weise entwickelt und bildet eine Photoresistmaske mit den öffnungen 14, wie dies aus F i g. 1D zu erkennen ist.
Verwendet man dann ein übliches Ätzmittel für die metallische Schicht 12, dann werden die Bereiche der Schicht 12, die in den öffnungen 14 freiliegen, abgeätzt und bilden dann die öffnungen 15 in der Maskenschicht 12. Für eine Schicht 12 aus Kupfer verwendet man normalerweise eine übliche Jod-Kaüurnjodidlösung, beispielsweise eine Ätzlösung aus 18 Gramm Jod und 18 Gramm Kaliumiodid in 1500 cm3 Wasser, F i g. 1E.
In Fig. IF wird der Aufbau unter Verwendung der Schicht 12 als Maske einem Zerstäubungsätzen ausgesetzt, das in üblicher Weise bei verringertem Atmosphärendruck mit einer Glimmentladungsvorrichtung durchgeführt wird. Ist die Maske 12 aus Metall, kann das normale Gleichstrom-Zerstäubungsätzen anstelle des in dieser Patentschrift beschriebenen Hochfrequenzzerstäubungsätzens eingesetzt werden. Zerstäubungsätzen kann man beispielsweise unter Verwendung eines inerten Gases, wie z. B. Argon oder Neon, zur Erzeugung des notwendigen lonenbeschusses durchführen. Außerdem kann das Zerstäubungsätzen auch unter Verwendung von reaktionsfähigen Gasen, wie z. B. Sauerstoff oder Wasserstoff, durchgeführt werden. In der US-Patentschrift 34 71 396 ist eine Reihe von inerten oder reaktionsfähigen Gasen oder deren Kombinationen angegeben, die zum Zerstäubungsätzen einsetzbar sind.
Ein wirksames Hochfrequenz-Zerstäubungs-Ätzsystem für nicht photoempfindliche Schichten, die aus den oben beschriebenen besonderen Photoresistmaterialien abgeleitet sind, ist ein Hochfrequenz-Zerstäubungs-Ätzsystem, wie es in der obengenannten Patentschrift beschrieben ist und das eine Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur in der Größenordnung von 150° C und einem Druck von 40 Millilitern bei einer Leistungsdichte von 0,12 Watt/cm2 benutzt Das Ätzen wird so lange durchgeführt, bis die öffnungen 16 in der polymeren Schicht 10 in seitlicher Richtung breiter sind als die öffnungen 15 und daher die metallische Schicht 12 unterschneiden, so daß sich überhängende Abschnitte ergeben. Anschließend wird auf der zusammengesetzten Struktur der Fig. IF ein metallischer Film 18, wie aus Fig.IG zu sehen, niedergeschlagen. Dieser metallische Film kann aus jedem, üblicherweise für die Metallisierung von integrierten Schaltungen benutzten Metall bestehen, z. B. Aluminium, Aluminiumkupferlegierungen, Platin, Palladium, Chrom, Silber, Tantal, Gold und Titan und deren Kombinationen. Der Metailfflm wird bei einer Temperatur zwischen Zimmertemperatur und etwa 1500C niedergeschlagen. Andererseits kann die Schicht 18 auch ein anorganisches elektrisch isolierendes Material, wie z:B. Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid sein. Diese Isoliermaterialien können auf irgendeine übliche Weise durch Zerstäubung abgeschieden werden.
Der FUm 18 hat eine Dicke in der Größenordnung von 150Θ ran bis 2500 nm. Unter Verwendung üblicher Ablöseverfahren
zunächst die Photoresistschicht 10 durch Eintauchen in ein Lösungsmittel, wie z. B. N-Methyl-Pyrrolidon Standard-Photoresistlösungsmittel für etwa 15 bis 30 min abgelöst, so daß die Dünnfilmschicht 18 in der gewünschten und ausgewählten Form, F i g. 1H, üblich bleibt. Das Lösungsmittel sollte so ausgewählt werden, daß es das polymere Material der Schicht 10 löst oder quellt, ohne dabei den dünnen Film 18 zu beeinflussen. Solche Lösungsmittel sind z. B. Azeton, Isopropanol, Äthyl-Methylketon oder Trichloräthylen. Die zum Auflösen des polymeren Materials benutzten Lösungsmittel können die gleichen sein, die man zum Aufbringen des Polymeren als Überzug 10 verwendet.
Wenn man Photoresistverbindungen, die photounempfindlich gemacht worden sind, als polymeres Material verwendet, können normale Photoresistablösmaterialien benutzt werden. Beispielsweise kann für
KTFR das Lösungsmittel aus
Gewichtsprozent
Tetrachloräthylen 44,5
O-Dichlorbenzol 37,0
P-Dichlorbenzol 0,8
Phenol 17,6
bestehen.
Für Photoresistmaterialien der AZ-Type können Lösungsmittel wie N-Methyl-Pyrrollidon benutzt werden.
Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß der in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Ausdruck dünner Filme sich nicht auf eine bestimmte Dicke dieses Filmes bezieht, sondern vielmehr eine neue Dünnfilmtechnik bezeichnen soll.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    J. Verfahren zum Niederschlagen eines mit Mustern versehenen dünnen Films auf einem anorganischen Substrat unter Verwendung von Doppelschichten gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
DE2448535A 1973-11-29 1974-10-11 Verfahren zum Niederschlagen dünner leitfähiger Filme auf einem anorganischen Substrat Expired DE2448535C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US420034A US3873361A (en) 1973-11-29 1973-11-29 Method of depositing thin film utilizing a lift-off mask

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Publication Number Publication Date
DE2448535A1 DE2448535A1 (de) 1975-06-05
DE2448535C2 true DE2448535C2 (de) 1982-08-12

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