DE2459183A1 - Verfahren zur herstellung einer doppelschichtigen fotolackmaske - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer doppelschichtigen Fotolackmaske, die aus zwei Schichten aus fotoempfindlichem Lack besteht, welche durch eine inerte Zwischenschicht getrennt sind.

In der Nachrichten- und Informationstechnik werden häufig gedruckte Schaltungen, Halbleitervorrichtungen und andere Elemente verwendet, auf deren Oberfläche elektrische Leitungen in Form aufmetallisierter Streifen liegen, die elektrische Anschlüsse bilden oder Verbindungen zwischen einzelnen Elementen einer Vorrichtung herstellen. Mit dem Bemühen, die Abmessungen elektronischer Bauteile stets herabzusetzen, wird der für die leitenden Verbindungen zur Verfügung stehende Raum stets kleiner. Bei integrierten Halbleiterschaltungen sind bereits metallisierte Leitungsstreifen in der Grössenordnung 1 ium sowohJ für Leitungsbreite als auch für den Abstand von Leitung zu Leitung möglich.

Die Herstellung der Leitung geschieht im allgemeinen durch Aufbringen einer maskierenden Schicht aus lichtempfindlichem Fotolack, auf welchem das gewünschte Leitungsmuster abgebildet und darauf der Lack entwickelt wird. Durch die Entwicklung wird der Lack an den belichteten

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Stellen abgelöst, scjdass sich durch Metallabscheidurog an diesen Stellen die Leitungen herstellen lassen.

Die fotolithografische Herstellung feiner Muster für elektrische' Leitungsverbindungen hat in den vergangenen-Jahren erhebliche Fortschritte.gemacht und Leitungen der genannten Grössenordnung können daher heute mit vertretbarer Zuverlässigkeit hergestellt werden. Die Methode, das Leitungsmuster auf lichtempfindlichem Lack abzubilden und in den durch die Entwicklung freigelegten Flächen Metall niederzuschlagen, erwies sich bei den angestrebten Linienbreiten als unzulänglich. Regelmä.ssig erfolgt der Metallniederschlag auf der gesamten Fläche und wird dann anden'Stellen, wo er unerwünscht ist, zusajnmen mit dem Lack abgelöst. An den Stellen, wo der Metallbelag, bestehen bleibt weist er entlang den Rändern Grate und Zacken auf. Diese Unsauberkeiten führen bei den angestreb't&n feinen Linien einerseits zu Kurzschlüssen zwischen benachbarten Leitungen, andererseits aber beim Versuch,sie zu entfernen^zur Beschädigung der empfindlichen Leitungen. .

Im Bestreben, feine Leitungen mit sauberen Kanten herzustellen, wurde daher bereits verschiedentlich die Maskierung mit zwei Schichten vorgeschlagen. Dabei soll die Entwicklung so erfolgen, dass die obere

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Schicht entlang den Kanten über, die untere Schicht vorsteht. Beim Metallniederschlag- entsteht nun keine mechanische Verbindung zwischen der niedergeschlagenen Leitung und dem auf der Maskierschicht liegenden Metall, das dann mit dieser zusammen abgelöst' wird. Die fertige Leitung hat glatte, saubere MetalJkanten. Ks hat ■ ■ sich als notwendig erwiesen, zwischen den beiden Schichten aus lichtempfindlichem Lack eine Trennschicht aus einem anderen Material anzuordnen. . . . . '

Bei einem vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst eine erste Schicht au; Fotolack aufgelegt, darauf eine Schicht aus Aluminium oder einem anderen Metall und.darauf eine zweite Schicht aus Fotolack. Auf der zweiten.Lackschicht wird das gewünschte Muster abgebildet und ent τ wickelt. In den dabei freigelegten Flächen wird durch Aetzung das . Metall entfernt und darauf die ganze Vorrichtung belichtet, wodurch die untere Lackschicht in der unmittelbaren Nachbarschaft der Durch-.brüche im Metall lösbar wird. Das Verfahren ist wegen dernötigen. Metallaetzung umständlich. Auch wird die Anwendung'von Metall als nachteilig empfunden, weil bei der Ablösung dieser Schicht leitende Rückstände entstehen können, die die Funktion der hergestellten Schaltung beeinträchtigen.

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Gemäss einem anderen Vorschlag, wird auf die zu behandelnde Vorrichtung eine erste Fotolack schicht aufgelegt, die zunächst in ihrer ganzen Ausdehnung voll belichtet wird. Als Zwischenschicht wird eine relativ dünne Gelantineschicht verwendet, die die zweite Fotolackschicht trägt. Nachdem das Muster abgebildet wurde, braucht hier nur einmal entwickelt zu werden, da sich bei der Entwicklung die Gelantine und danach Teile der unteren Schicht ablösen. Darauf kann.direkt das Leitungsmetall niedergeschlagen werden. Vergleiche IBM Technical Disclosure Bulletin. Band 15, Seite 2339. Die Herstellung •besonders feiner Muster, erweist sich nach diesem Verfahren jedoch als schwierig, da es nicht möglich ist, das Ueberkragen der oberen Schicht über die untere genügend genau ζμ steuern; Auch könnte sich die Gelatineschicht unter dem Einfluss flüssigen Fotolacks verändern.

■Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die einfache und zuverlässige Herstellung einer Maskierschicht zum genannten Zweck,' die genau reproduzierbare Metallisierungen ermöglicht. Das Vorfahren soll mit konventionellen Einrichtungen durchgeführt werden können und keine schwierigen Operationen benötigen.

Gema'ss dem vorliegenden Verfahren, wird eine aus zwei durch eine inerte Zwischenschicht getrennte Schichten aus fotoempfindlichem

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Lack bestehende Maskierschicht hergestellt. Dabei wird der für -

die untere Schicht zu verwendende Fotolack in flüssigem Zustand in einem bestimmten Ausmass yorbelichtet, bevor er auf die zu maskierende Oberfläche aufgetragen wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,· wird als inerte Zwischenschicht Siliciumoxyd

verwendet.Weitere.vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den · Unteransprüchen bezeichnet. ' "■

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 den Querschnitt durch eine Vorrichtung, deren Oberfläche eine Maskierschicht trägt,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Vorbelichtung des Fotolacks für die· untere Schicht,

Fig. 3 die rastermikroskopische Aufnahme einer Vorrichtung ahnlich der in Fig. 1 gezeigten. . ·

Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine Halbleitervorrichtung, auf. die mittels einer Maskiefschicht ein Leitungsmuster aufmetallisiert

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wird. Auf einem Substrat 11, das aus einem schwach leitenden Halbleiter wie Silicium oder Gallium-Arsenid bestehen kann wird mittels einer Mask'ierschicht aus einer Verdampfungsquelle 16 ein metallisches Leitungsmuster 17, 18, 19 niedergeschlagen." Derartige Niederschlagsverfahren sind für eine grosse Anzahl von Metallen wie Aluminium, Chrom, Kupfer, Gold usw. bekannt und brauchen hier nicht weiter beschrieben zu werden. Die Leitungen 17, 18 und 19 dienen als elektrische Verbindungen zwischen im Substrat 11 integrierten Halbleiterelementen, als Anschlüsse zu solchen Elementen, als Elektroden solcher Elemente, als Abschirmung etc. Im vorliegenden Beispiel bildet die Metallschicht 17 die. Source- ■ elektrode eines Schottky-Feldeffekttransistörs^ 18 bildet das ringförmig angeordnete Gate und 19 die Drainelektrode des Transistors. Die gegenseitige Abgrenzung dieser Metallbeläge voneinander geschieht .mittels der mehrlagigen Maskierschicht 12, 13, 14. Im vorliegenden AusfUhrungsbeispiel war diese Maskierschicht auf die ursprünglich unbedeckte Oberfläche des Substrates 11 aufgelegt worden. Nach Abbildung des Musters auf der fotoempfindlichen Schicht ist diese bei der Entwicklung an den Stellen, wo der Metallbelag 17, 18, 19 niedergeschlagen wird, wieder entfernt worden. Die Maskierschicht setzt sich aus einer dickeren Lage 12 aus Fotolack,, aus einer dünnen Zwischenlage 13 aus Siliciumoxyd und aus einer relativ dünnen oberen

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Lage 14 aus Fotolack zusammen. Beim Metallniederschlag aus der' . Verdarripfungsquel]el6 werden die leitenden Beläge 17, 18, 19 er- . zeugt'. Dabei wird aber auch auf der. Maskierschicht ein Niederschlag' 15 erzeugt, der später beim Entfernen der Maskierschicht sich mitablöst. ' ■ · ■ .

Zur-Herstellung der Maskierschicht wird zunächst die untere Lage 12 auf die in bekannter Art· gereinigte Oberfläche des Substrates 11 aufgetragen. Dabei ist es wesentlich, dass der Lack 12 durch Belichtung '.vorbehandelt wird. Es wurde gefunden, dass die· bekannte Art dieser Vorbehandlung ,die darin besteht, den Lack auf das Substrat 11. in gewünschter Dicke aufzutragen, zu trocknen und in'diesem Zustand ohne jede Abbildung durchwegs zu belichten, nicht das gewünschte Resultat ergibt. Offenbar ist es wesentlich, dass zum einen die Belichtung quantitativ genau bemessen ist und zum andern, dass sie über die ganze Ausdehnung der Schicht völlig gleichmässig erfolgt. ' D3S kann besser dadurch erreicht werden, dass der Lack vor dem Auftrag auf die Oberfläche im flüssigen Zustand "in der Flasche" vorbelichtet wird. :

In Fig. 2 ist schematisch eine Vorrichtung dargestellt .die dazu dient, den fotoempfindlichen Lack für die Lage 12 genau dosiert und gleich-

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massig vorzubelichten. Ein passendes Quantum Lack 25 wird in ein zylindrisches, verschliessbares Gefäss 21 eingefüllt. Das verschlossene Gefa'ss-wird'drehbar so gelagert, dass die.Zylinderachse waagrecht liegt. Die zylinderförnüge Flasche 21,die aus klarem Glas,z. R. Quarzglas, besteht, wird dazu auf Rollen 22 gelagert und mittels eines Antriebs 23 von einem Motor 24 langsam derart gedreht , dass eine Schicht 26 des viskosen Lacks 2-5 an der Wand hochgezogen wird und wieder zurück fliesst, wobei eine gründliche . Durchmischung der Flüssigkeit stattfindet. Die^def Wand hochgezogene Flüssigkeitsschicht 26 wird aus einer Lichtquelle 27, eventuell mittels eines optischen Systems, belichtet. Es.wurde gefunden, dass gute Resultate erreicht werden, wenn die Flasche 21 .mit etwa einer Umdrehung pro Sekunde gedreht wird und wenn die Belichtung so eingestellt wird, dass der flüssige Fotolack innerhalb ein bis anderthalb Stunden soweit belichtet ist, dass die Schicht 14 die Kanten der Schicht 12·im gewünschten Masse überragt.

Der vorbelichtete Lack wird nun auf die Oberfläche des Substrats 11 aufgebracht. Das geschieht auf bekannte Weise, zum Beispiel mittels eines Drehtisches, der das Substrat mit ca. 6000 Upm umlaufen lässt, wobei eine genügende Quantität des Lacks etwa in der Mitte des drehenden Substrates aufgebracht und unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft

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verteilt wird, bis es die unterste Lage 12 der Maskierschicht bildet. Da die Schichtdicke wesentlich von der Viskosität des Lackes abhängt und da die Lage. 12 relativ dick sein soll, wird hierfür ein Lack relativ.hoher Viskosität verwendet. So kann eine . Schichtdicke von 1,4 um bei der genannten Drehzahl des Tisches erreicht werden mit dem Lack der im Handel erhältlich ist· als · ·.

"Shipley ΛΖ 1350 H". Das Substrat mit der Lage 12 der Maskierschicht, wird darauf in eirlen Ofen gebracht, .wo die Schicht bei etwa 80 getrocknet wird. Nach der Trocknung.wird im Vakuum auf bekannte Weise die Schicht 13 aus Siliciumoxyd (SiO). aufgedampft. Diese Schicht soll eine Dicke von ca. 20 A haben.. Als nächster Schritt wird die Lage 14 aus unbelichteten* Fotolack-aufgetragen. Der Auftrag geschieht ähnlich dem der Lage 12, da jedoch die Schicht dünner.ist, ca. 0,5 um, wird, ein Lack geringerer Viskosität verwendet, beispielsweise "Shipley AZ 1350". Diese Lage wird ebenfalls getrocknet und damit ist die Maskierschicht fertiggestellt.' . , . ·

Das Leitungsmuster wird auf die Maskierschicht auf bekannte Weise mittels fotografischer Projektion oder mittels Kontaktmaske übertragen. · · Im vorliegenden Beispiel wird eine Kontaktmaske bekannter Art verwendet, die an den Stellen lichtundurchlässig ist, an welchen die Leickschicht stehen bleiben soll. Das heisst die Flächen 17, 18, 19 der Fig. 1 sind

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in der Masko lichtdurchlässig. Bei der Entwicklung lösen sich zunächst die belichteten.Teile der Lage 14 der'Maskierschicht. Durch stets vorhandene Fehler in der ausserordentlich dünnen Trennschicht · 13 aus SiO dringt dabei offenbar Feuchtigkeit in die untere Lage 12 aus vorbelichtetem Lack ein, die aufquillt, wodurch die Schicht 13 beschädigt wird, abbricht und die Lage 12 herausentwickelt wird. Die Entwicklungszeit wird so gerne ssen, dass die im Entwickler unlöslichen Teile der Lage 14 unterschritten werden, sadass die Lage 12 horizontal eine geringere Ausdehnung aufweist. Dadurch wird bewirkt, dass der auf ■.die Oberfläche-des Substrates auftreffende Metalldampf von der Quelle Schichten 17, 18 und 19 mit glatten, abgerundeten Randern bildet, die weder Grate noch Unebenheiten aufweisen.

Fig. 3 zeigt eine Rastermikroskop-Aufnahme in ca. 12*000-facher Vergrösserung einer Struktur gemäss Fig. 1, bei der das.Substrat so durchgebrochen wurde, dass ein Querschnitt ähnlich dem der Fig. 1 sichtbar ist, Die schwarze Fläche links unten entspricht dem Substrat U , die helle Fläche links oben und rechts unten entspricht den Metallisierungen 17. und 19. Die schienenartige Struktur ist die stehengebliebene Lackschicht 12,.13, 14, 15. Die Aufnahme zeigt, dass 1 um breite Zwischenräume zwischen Metallisierungsstreifen, die selbst 1 um breit sind, hergestellt werden können. Die Metallisierung der .Schicht 17, 18,

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ist in dieser Aufnahme 0,5 um dick. Sie kann'bei der gewählten Dicke der Mas.kierschicht jedoch ohne weiteres bis zu 1 um betragen.

Zur Fertigstellung der Vorrichtung ist es im allgemeinen erforderlich, die restliche Maskierschicht in einem Lösungsmittel zu entfernen. ■ '

Dabei wird sich der auf dieser Schicht liegende Teil der Metallisierung, mit ablösen. . ■ .

Zahlreiche Variationsmöglichkeiten des Verfahrens sind ohne weiteres gegeben. So ist es unter Umständen vorteilhaft, die Entwicklung der Fotolackschichten kurz zu unterbrechen und die Vorrichtung zur restlosen Beseitigung der inerten Zwischenschicht 13 aus SiO für ein bis fünf Sekunden in stark verdünnte Flussäure zu tauchen um dann die . ' Entwicklung fortzusetzen. Dieser Schritt ist jedoch nicht absolut, notwendig. Auch ist es klar, dass die verschiedensten Substratmaterialien verwendet werden können, auf die eine grosse Zahl verschiedener Metalle oder auch nicht-metallische Stoffe anstelle der Schichten 17, 18 und in durch die beschriebene Maskierschicht gegebenen Musterri niedcrgeschlagen wird. Der Fachmann wird ohne weiteres andere Abweichungen kennen, ohne damit das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   JL/ Verfahren zur Herstellung einer doppelschichtigen Fotolackmaske, die aus zwei Schichten aus fotoempfindlichem Lack besteht, welche durch eine inerte Zwischenschicht getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der für die untere Schicht zu verwendende Lack in flüssigem Zustand in einem bestimmten Ausmass vorbelichtet wird, bevor er auf die zu maskierende Fläche aufgetragen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack für die untere Schicht in einem zylindrischen Gefäss (21).., das um die waagrecht liegende Zylinderachse rotiert, einer Lichteinstrahlung ausgesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein Substrat (11) eine untere Schicht (1:2) aus Lack einer höheren Viskosität, eine inerte Zwischenschicht (13) und eine obere Schicht (14) aus Lack niedrigerer Viskosität aufgetragen wird.
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Fotolackschicht (12) durch Wärmeeinwirkung getrocknet und darauf die Zwischenschicht (13) in Vakuum aufgedampft wird.
5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Siliciumoxyd als Zwischenschicht (13) aufgedampft wird.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwicklung nach Abbildung des gewünschten Musters auf der Maskierschicht durch eine Ätzung in Flussäure über 1 bis 5 Sekunden unterbrochen wird.

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   ORIGINAL INSPECTED