DE2503171A1

DE2503171A1 - Fotolack-aetzverfahren

Info

Publication number: DE2503171A1
Application number: DE19752503171
Authority: DE
Inventors: Reiner Ing Grad Sigusch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-01-27
Filing date: 1975-01-27
Publication date: 1976-07-29

Description

Fotolack-Atzverfahren Die Erfindung betrifft ein Fotolack-A#tzverfahren, bei dem auf ein Substrat eine erste Schicht eines Positiv-Fotolackes aufgebracht wird, diese Schicht vorgebacken wird, sodann einer Belichtung durch eine erste Kopiermaske ausgesetzt wird, zur Entfernung der belichteten Stellen entwickelt und nachgebacken wird, und bei dem über das Substrat und die erste Fotolackschicht eine zweite Schicht des gleichen Positiv-Fotolackes aufgebracht wird, entsprechend der ersten Schicht vorgebacken und durch eine gegenüber der ersten Maske im Maßstab der Strukturen etwas veränderte zweite Kopiermaske belichtet wird, dann entwickelt und nachgebacken wird.
In der Halbleiter-Technologie werden zur Herstellung von integrierten Schaltungen und gedruckten Schaltungen Ätzverfahren durchgeführt, bei dem auf das zu ätzende Substratmaterial eine Fotolackschicht aufgebracht wird, die dann mit einer dem gewünschten Muster entsprechenden Maske belichtet wird. Die belichtete Ätzschutzschicht wird dann entwickelt, wobei die nicht dem Muster entsprechenden Teile der Fotolackschicht entfernt werden. Bei diesem Verfahren können sowohl Negativ- wie Positivlacke verwendet werden, wobei Jedoch Positivlacke bevorzugt angewendet werden, da bei ihnen die Kantenschärfe der nach der Belichtung herausgelösten Strukturen besser erhalten bleibt.
Bei den Positiv-Fotolacken stören besonders winzige Löcher in den Lackschichten, da diese zu unerwUnschten Ätzlöchern in dem zu ätzenden Substrat führen. Weitere Fehlerquellen sind Löcher in den dunklen Teilen der Kopiermasken, da diese nach dem Belichten und Entwickeln ebenfalls zu Löchern in der Fotolackschicht führen.
Da es in der Halbleiter-Technologie üblich ist, zur Herstellung komplizierter integrierter Bausteine mehrere solche Fotoätzprozesse nacheinander auszuführen, addieren sich die Maskenfehler, so daß die Ausbeute der hergestellten Schaltungen entsprechend verringert wird.
Es ist bekannt, daß die bei der Herstellung von Atzstrukturen verwendeten Fotolackschichten so dünn wie möglich sein sollen, um optimale Auflösung von kleinen Abständen voneinander verlaufender dünner Ätzkanälen zu gewährleisten. Die Verwendung von sehr dünnen Fotolackschichten hat jedoch den Nachteil, daß unter dem Einfluß der Oberflächenspanrnrng und anderer Effekte besonders leicht feine Löcher oder Poren (sogenannte Pinholes) in der Fotolackschicht entstehen. Wenn solche Poren in den Teilen der Fotolackschicht auftreten, die beim Entwickeln nicht entfernt werden und zur Abdeckung des Substrats beim Ätzen dienen sollen, wird das Substrat auch unter diesen Poren weggeätzt. Dies führt beispielsweise bei der Herstellung von Leiterbahnen dazu, daß der Querschnitt der Leiterbahnen durch die ausgeätzten Löcher oft so stark verringert ist, daß unzulässig hohe Stromdichten auftreten und dadurch die Leiterbahn beim Betrieb zerstört wird.
Aus der US-PS 3 317 320 ist ein Negativ-Photolack Verfahren bekannt, bei dem zur Abdeckung der Poren die Fotolackschicht mit einer deckungsgleichen zweiten Fotolackschicht überzogen wird, wobei der gleiche Fotolack gewählt wird. Wegen der Unsicherheit der Maskenjustierung wird die zweite Fotolackschicht durch eine Maske belichtet, deren Abmessungen etwas größer sind als die der Fotomaske, durch die die erste Fotolackschicht belichtet wird. Bei Anwendung dieses Verfahrens ist die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Poren der beiden Fotolackschichten übereinanderliegen, sehr gering. Bei der Verwendung von Positiv-Fotolacken läßt sich dieses Verfahren nicht ohne weiteres übertragen, da beim Aufbringen der zweiten Lackschicht die nach der Entwicklung der ersten Schicht stehengebliebenen Teile dieser zweiten Lackschicht angelöst und dadurch verändert werden. In IBM Techn. Discl. Bull., Bd. 16, Nr. 5, Okt. 1973, S. 152 wird beschrieben, daß das Anlösen der ersten Lackschicht durch die zweite Lackschicht dadurch vermieden werden kann, daß nach Entwickeln der ersten Lackschicht die auf dem Substrat stehengebliebenen Teile bei etwa 1550C bis 1700C mit einer Dauer von etwa 45 min ausgebacken werden. Das Ausbacken des Fotolackes bei einer so hohen Temperatur verhindert dann, daß er bei dem nachfolgenden Aufbringen der zweiten Lackschicht angelöst wird.
Eine weitere Fehlerquelle, die bei einem Fotolack-Ätzverfahren auftreten kann, besteht darin, daß aufgrund von Epitaxie-Spikes, die auf dem Substrat aufgewachsen sind und in die Fotolackschicht hineinreichen, beim Aufpressen der Kopiermaske sowohl die Fotolackschichten als auch die Kopiermaske beschädigt werden. Löcher, die in den Fotolackschichten und in den Kopiermasken dabei entstehen, treten stets an derselben Stelle auf und können daher durch die zweifache Anwendung eines Fotolackes-nicht verhindert werden. Sie führen zudem zu Fehlern in den Kopiermasken und vervielfältigen sich damit mit jeder neuen Anwendung dieser Kopiermaske. Wird beispielsweise eine Kopiermaske in einem dunklen Bereich verletzt, so daß eine helle Stelle auftritt, so führt diese Fehlerstelle bei Anwendung eines Positivlackes nach dessen Entwicklung zu einem Loch und bei nachfolgender Ätzung des Substrats zu einem nicht vorgesehenen Ätzloch im Substrat.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fotolack-Ätzverfahren anzugeben, bei dem sowohl die pin-holes als auch durch Epitaxie-Spikes des Substrats hervorgerufene Fehler der Fotomasken vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Belichtung die Kopiermasken in einem vorgegebenen Abstand von den Schichten aus Fotolack angebracht sind. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß bei der Kopie die Epitaxie-Spikes nicht mehr durch die Fotolackschichten hindurchgedrückt werden und auch nicht die verwendeten Fotomasken zerstören. Der Abstand zwischen der Kopiermaske und dem Substrat ist dabei so zu bemessen, daß er größer ist als die größten auftretenden Epitaxie-Spikes.
Als Kopierverfahren kommen dann eine sogenannte Proximity-Kopie ~ in Frage, bei der die Kopiermaske in einem Abstand von etwa 10'um von dem Substrat gehalten wird, oder eine Projelctions-Kopie, bei der die Kopiermaske in einem sehr viel größeren Abstand vom Substrat gehalten wird.
Im folgenden wird beschrieben und anhand der Figuren näher erläutert, wie das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
In den Fig. 1 bis 6 ist der Verfahrensgang schematisch dargestellt.
Als Ausführungsbeispiel dient die Herstellung von Ätzstrukturen in einer Siliziumdioxidschicht 2 auf einer epitaktischen Schicht 1 aus Silizium. Dabei befindet sich die epitaktische Si-Schicht auf einem Substrat 20, das z.B. ebenfalls aus Silizium besteht. Mit 3 ist ein Epitaxie-Spike der Siliziumschicht 1 bezeichnet. Im ersten Verfahrensschritt wird auf die Siliziumdioxidschicht 2 eine Schicht 4 aus Fotolack aufgebracht.
In dieser Schicht sind Pinholes 7 vorhanden sowie durch den Spike 3 verursachte Höcker 8. Die Fotolackschicht 0 wird bei einer Temperatur von 100 etwa 30 min lang vorgebacken. Im Anschluß daran wird sie durch eine Kopiermaske 5, die durchsichtige Öffnungen 6 hat, belichtet.
Der Abstand 9 zwischen der Kopiermaske und der Fotolackschicht beträgt bei Anwendung eines Proximity-Kopierver fahrens etwa 10/um. Bei der Entwicklung wird der belichtete Teil des Fotolackes abgelöst. Nach der Entwicklung der belichteten Scheibe wird der Fotolack bei einer Temperatur von 1700C etwa 30 min lang nachgebacken. Dieses Nachbacken erfolgt, um den Fotolack unempfindlich gegen das Lösungsmittel der zweiten, im Anschluß daran aufgebrachten Fotolackschicht 9 zu machen. Diese Fotolackschicht 9 weist ebenfalls Pinholes 10 auf, wobei aber die Wahrscheinlichkeit, daß die Pinholes 10 der zweiten Lackschicht genau über den Pinholes 7 der ersten Lackschicht liegen, außerordentlich gering ist. Die zweite Fotolackschicht wird 0 sodann bei etwa 100 C 30 min lang vorgebacken, um die Haftung auf der ersten Fotolackschicht bzw. auf dem von der ersten Fotolackschicht freien Teil zu verbessern. Dann wird die zweite Fotolackschicht durch eine Maske 11 mit durchsichtigen Stellen 12 belichtet. Dabei sind diese durchsichtigen Stellen 12 gegenüber den durchsichtigen Stellen 6 der ersten Maske um etwa 21zum pro Kante vergrößert, um die Ungenauigkeit der Maskenjustierung auszugleichen. Der Abstand 13 zwischen der Kopiermaske 11 und der Fotolackschicht 9 beträgt bei Anwendung eines Proximity-Kopierverfahrens wiederum etwa 10/um. Die zweite Fotolackschicht wird nun entwickelt und nach der Entwicklung bei 1 etwa 30 min lang nachgegeben. Im Anschluß daran werden die vom Fotolack befreiten Stellen 14 mit einem das Siliziumdioxid angreifenden Ätzmittel behandelt, so daß Ätzgruben 15 entstehen, die das unter der Siliziumschicht befindliche Substrat 1 freilegen. Nach dieser Ätzung wird die Fotolackschicht entfernt.
6 Figuren 5 Patentansprüche

Claims

Patent ansprüche 1. Fotolack-Ätzverfahren, bei dem auf ein Substrat eine erste Schicht eines Positiv-Fotolackes aufgebracht wird, diese Schicht vorgebacken wird, sodann einer ersten Belichtung durch eine erste Kopiermaske ausgesetzt wird, entwickelt und nachgebacken wird, und bei dem auf das Substrat und die erste Schicht eine zweite Schicht des gleichen Positiv-Fotolackes aufgebracht wird, entsprechend der ersten Schicht vorgebacken und durch eine gegenüber der ersten Kopiermaske im Maßstab der Strukturen etwas veränderte -zweite Kopiermaske belichtet wird, entwickelt und nachgebacken wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß bei der Belichtung die Kopiermasken in einem vorgegebenen Abstand vcn den Schichten aus Fotolack angebracht sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Kopiermasken durch Projektion auf die Fotolackschichten abgebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Kopiermasken in einem Abstand von etwa 10 bis 100/um von den Schichten aus Fotolack angebracht sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Kopiermaske in den Abmessungen der Strukturen gegenüber der zweiten Kopiermaske verkleinert ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die erste Kopiermaske in den Abmessungen der Strukturen gegenüber der zweiten Kopiermaske vergrößert ist.