DE2624832C3 - Verfahren zum Herstellen von Lackmustern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahrei. zum Herstellen von öffnungen aufweisenden Lackmustern auf einem Substrat

Lackmuster, insbesondere solche aus photo- oder elektronenstrahleTipfindlichen Lacken, werden beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen als Masken verwendet Dabei bestimmen die Abmessungen der öffnungen in den als Maske dienenden Lackmustern, welche insbesondere bei Ätzprozessen benötigt werden, die minimale, räumliche Ausdehnung der Halbleiteranordnungen. Wegen den mit den kleinen Abmessungen verbundenen günstigen Eigenschaften, wie z. B. verminderten Kapazitäten, zeigen Halbleiteranordnungen mit kleinen Abmessungen gegenüber solchen Anordnungen mit größeren Abmessungen eine bessere Leistungsfähigkeit und eine größere Schaltgeschwindigkeit und sie erleichtern den Aufbau von integrierten Schaltungen hoher Dichte. Gemäß dem Stand der Technik werden die kleinsten Abmessungen bei Anwendung lithographischer Verfahren unter Verwendung strahlungsempfindlicher Lacke erzielt. Bisher setzt aber die erreichbare Auflösung, d. h. der geringste Abstand, zweier Objektpunkte, die man noch getrennt abbilden kann, bei der Belichtung den Bemühungen, kleinere Abmessungen zu erhalten, eine Grenze. Im Fall von Lackmaterial, welches photo- d. h. lichtempfindlich, ist, ist es deshalb bisher außerordentlich schwierig, Linienauflösungen zu erhalten, welche kleiner als 2,54 μπι sind. Beim Belichten mit Elektronenstrahlen treten bisher diese Schwierigkeiten auf, wenn öffnungen unterhalb etwa 1,25 μπι gewünscht werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem insbesondere solche Lackmuster auf einem Substrat, welche öffnungen aufweisen, deren Breiten ^ 1,25 μπι sind, reproduzierbar und steuerbar in einem fabrikmäßigen Rahmen ohne großen zeitlichen und apparativen Aufwand hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mittels bekannter Verfahren ein Lackmuster erzeugt wird, das dem gewünschten in seiner Ausbildung ähnlich ist, aber größere öffnungen aufweist, und daß anschließend der Lack zum Fließen auf dem Substrat in die öffnungen hinein gebracht wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Breite der öffnungen reproduzierbar auf weniger als 0,25 μπι einengen. Keine physikalische Gesetzmäßigkeit steht der Erreichung noch kleinerer Breiten entgegen. Das Fließen erfolgt hinreichend langsam, so daß beliebige Breiten zwischen dem genannten Wert und der Breite, von der ausgegangen wurde, reproduzierbar erzeugt werden können.

Es ist vorteilhaft wenn das Lackmuster, um den Lack zum Fließen zu bringen, dem Dampf eines den Lack lösenden Lösungsmittels ausgesetzt wird. Diese Durchführung des Verfahrens läßt sich mit einem sehr geringen Aufwand bewerkstelligen. Beispielsweise ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Lackmuster, um es zum Fließen zu bringen, in einen geschlossenen, jedoch nicht gasdichten Behälter zu bringen, in dessen unteren Teil eine genügende Menge des Lösungsmittels sich befindet und in dem Behälter eine zur Erreichung eines hinreichenden Dampfdrucks des Lösungsmittels notwendige Temperatur einzustellen. Ein solcher Behälter ist ein sehr einfaches Gerät Bei seiner Anwendung ist der Verbrauch an Lösungsmittel gering. Dadurch ist das Verfahren billig und eine wesentliche Belästigung durch Lösungsmitteldämpfe tritt nicht ein.

Ef ist vorteilhaft als Lösungsmittel Azeton zu verwenden. Dieses Lösungsmittel ist billig, kommerziell in sehr reiner Form erhältlich und löst seht gut eine große Anzahl von Lackmaterialien.

In vorteilhafter Weise läßt sich das Verfahren auf photoempfindliche und auf elektronenstrahlempfindliche Lacke anwenden. Es ist auf diese Weise möglich, die bekanntesten, ausgefeiltesten und am allgemeinsten angewandten Maskierungsverfahren, nämlich die lithographischen Verfahren, die mit erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren.

Die gewünschten Abmessungen lassen sich erreichen, indem der Lacktyp, die Lackschichtdicke, das Lösungsmittel, die Temperatur und die Zeit der Behandlung festgelegt und aufeinander abgestimmt werden. Dadurch läßt sich das Verfahren in sehr vorteilhafter Weise flexibel an den Gesamtprozeß der Herstellung von integrierten Schaltungen anpassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft durchführen, wenn als Substrat ein mit einer SiOr Schicht abgedeckter Körper verwendet wird. S1O2 ist das bei Halbleitern gängigste Material zur Herstellung von Passivierungsschichten und von Masken bei Verfahrensschritten, bei denen das Halbleitermaterial dotiert wird.

Werden extrem kleine öffnungen oder öffnungen mit einem extrem kleinen Toleranzbereich angestrebt, so ist es vorteilhaft, ein Substrat zu verwenden, das im Bereich der öffnungen planar ist. Das Fließen hängt dann ausschließlich von den oben genannten genau kontrollierbaren Parametern ab.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen

erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch den Querschnitt eines Behälters, in dem die Proben mit dem Lackmuster mit Lösungsmitteldampf behandelt werden,

Fig.2A in Draufsicht das Muster einer nach dem Stand der Technik hergestellten Lackmaske,

F i g. 2B in Draufsicht das in F i g, 2A gezeigte Muster einer Lackmaske nach der Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

F i g. 3A einen Querschnitt an der angezeigten Stelle durch das in der F i g. 2A gezeigte Muster und

F i g. 3B einen Querschnitt an der angezeigten Stelle durch das in der F i g. 2B gezeigte Muster.

Um eine Lackmaske herzustellen, die öffnungen aufweist, deren Linienbrehen unterhalb 1 (im liegen, wird zunächst eine Maske gemäß dem Stand der Technik hergestellt Soll beispielsweise eine integrierte Halbleiteranordnung mittels der photolithographischen Maskiertechnik hergestellt werden, so wird das Halbleitersubstrat 1 in der F i g. 3A zunächst mit einer Diffusionsmaskierschicht 2 aus Siliciumdioxid bedeckt, auf welche eine Photolackschicht 3 aufgebracht wird. Dazu wird üblicherweise das Halbleitersubstrat 1 zur Erzeugung der Schicht 2 oxydiert Die Schicht 2 wird anschließend gereinigt und auf sie wird dann die Photolackschicht 3 aufgebracht, welche gehärtet, durch eine Maske belichtet und entwickelt wird, so daß in ihr gemäß dem gewünschten Muster öffnungen entstehen. Das Muster der öffnungen ist in F i g. 2A gezeigt und in der F i g. 3A als öffnung 4 angedeutet. Die Oberfläche der Oxidschicht 2 ist innerhalb der öffnung 4 eben. Gemäß dem Stand der Technik wird dann mittels Ätzung die Oxidschicht 2 an den nicht von der Lackschicht 3 bedeckten Stellen weggeätzt. Die geätzte Oxidschicht kann dann wiederum als Maske bei einer nachfolgenden Diffusion von Dotierungsmaterial in das Substrat 1 hinein dienen. Durch die Abmessungen der Flächen, in die diffundiert wird, ist die Größe der herzustellenden Halbleiteranordnung bestimmt Die Abmessungen der öffnungen 4 in der Lackschicht 3 bestimmen s^mit letztlich die Abmessungen der Flächen, in die diffundiert wird.

Nachdem die in F i g. 2A und 3A gezeigte Lackmaske gemäß dem Stand der Technik fertiggestellt ist, wird die Struktur mit dem Lackmuster in den in der F i g. 1 gezeigten Behälter 5 gebracht, welcher eine Atmosphäre 6 von Dämpfen eines den Lack lösenden Lösungsmittels enthält Eine ausreichende Menge 7 des Lösungsmittels bedeckt dazu den Boden des Behälterinnenraumes. Der Dampf 6 verteilt sich durch den Rost 8 gleichmäßig im Behälter UTid kommt mit den Oberflächen der Strukturen 9 in Berührung, die auf dem Rost 8 angeordnet :,ind. Der Lack auf den Oberflächen der Strukturen 9 absorbiert den Dampf 6 und beginnt deshalb gleichmäßig in die öffnungen 4 hineinzufließen, da sein Volumen durch die Dampfabsorption zunimmt und gleichzeitig seine Viskosität abnimmt. Das Fließen des Lacks ist wegen der ebenen Ausbildung der Oxidschicht 2 ungehindert innerhalb der öffnungen, wie z. B. innerhalb der öffnung 4 in der F i g. 3A. Das ungehinderte Fließen erleichtert eine gleichmäßige, kontrollierte Verkleinerung der Öffnungen entsprechend den während des Fließens angewandten Prozeßparametern.

Ein Verfahren, bei dem Lack zum Fließen gebracht wird, ist bereit in der OS 25 25 224 beschrieben. Es dient ) jedoch dort dazu, die Oberfläche integrierter Schaltungen durch selektives Maskieren mit Photolack einzuebnen. Das Fließen des Lacks läßt sich dabei nicht durch Variation der Prozeßparameter steuern. Vielmehr wird dort der Lack auf einer unebenen Substratoberfläche in

κι den tiefer liegenden Bereichen aufgebracht Die Flanken der höher liegenden Bereiche bestimmen die Grenzen, innerhalb derer der Lack fließt

Wie die Abmessungen der öffnungen in der Lackschicht gemäß der vorliegenden Erfindung redu-

i") ziert werden, ist ersichtlich aus dem Vergleich der F i g. 2A und 2B bzw. den F i g. 3A und 3B. Die F i g. 2A zeigt eine Lackmaske gemäß dem Stand der Technik, die benutzt wird zur Herstellung der Isolationszonen integrierter Halbleiterschaltungen. Auf den Flächen 3 verbleibt der Lack nach der Belichtung und der Entwicklung. Die Flächen 4 sind die öffnungen in der Lackschicht welche die Stellen eier gewünschten Isolationszonen definieren. Fig.3A zeigt einen die öffnung 4 einschließenden Querschnitt an der in der Fig. 2A angezeigten Stelle.

Wenn die Struktur mit dem Lackmuster gemäß den F i g. 2A und 3A den Dämpfen im Lösungsmittelbehälter 5 in der F i g. 1 für eine bestimmte Zeit bei einer bestimmten Temperatur ausgesetzt wird, verkleinert

κ, sich, wie in Fig.2B und 3B gezeigt ist, die Fläche der öffnung 4. Da die öffnungen sich über einer ebenen Fläche der darunterliegenden Schicht 2 befinden, ist das Fließen des Lacks unbehindert, d. h., der Lack trifft beim Fließen nicht auf körperliche Hindernisse, und die

j-, Kanten der Lackschicht 3, die den Rand jeder öffnung bestimmen, bewegen sich gleichmäßig entsprechend den durch Parameter, wie Lackdicke, Art des Lösungsmittels, Temperatur und Zeit der Behandlung, gegebenen Bedingungen vorwärts.

4i) Die Temperatur im Lösungsmittelbehälter wird typischerweise auf 25 ± 1°C gehalten, wenn ein Photolack, der als Harzkörper einen m-Kresol-Formaldehyd-Novolak oder eine Mischung aus einem m-Kresol-Formaldehyd-NovoIak und einem Polyvinyl-methyläther und als Sensibilisator ein Diazoketon enthält, verwendet wird. Wenn der Lack vom ersten Typ in einer Dicke zwischen 1 und 2 μΐη oder wenn der Lack vom zweiten Typ in einer Dicke zwischen 0,7 und 1,5 μπι aufgetragen wird, können 2,5 bis 3 um breite öffnungen

5(i auf eine Breite von etwa 0,25 μπι verkleinert werden, wenn das Photolackmuster während etwa 5 Minuten im Behälter 5 der F i g. 1 Azetondämpfen ausgesetzt wird. Das Ausmaß der Verkleinerung der öffnung kann geändert werden, indem die Art des Lackmaterials, beispielsweise ein photoempfindlicher oder ein elektronenstrahlempfindlicher Lack, die Art des Lösungsmittels, die Zeit und Temperatur der Behandlung sowie die Dicke der Lackschicht variiert wird. Normalerweise wird sich mit zunehmend dickerer Lackschicht die

bo öffnung zunehmen⁴, schneller verkleinern, wenn die übrigen Parameter gleich bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Öffnungen aufweisenden Lackmustern auf einem Substrat, 's dadurch gekennzeichnet, daß mittels bekannter Verfahren ein Lackmuster erzeugt wird, das dem gewünschten in seiner Ausbildung ähnlich ist aber größere öffnungen aufweist und daß anschließend der Lack zum Fließen auf dem Substrat in die ι ο Öffnungen hinein gebracht wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lackmuster, um den Lack zum Fließen zu bringen, dem Dampf eines den Lack lösenden Lösungsmittels, beispielsweise von Azeton, ι *> ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das Substrat mit dem Lackmuster, um den Lack zum Fließen zu bringen, in einen geschlossenen, jedoch nicht gasdichten Behälter m gebracht wiiü, in dessen unterem Teil eine genügende Menge des Lösungsmittels sich befindet und daß im Behälter eine zur Erreichung eines hinreichenden Dampfdrucks des Lösungsmittels notwendige Temperatur eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein photoempfindlicher Lack verwendet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß ein m elektronenstrahlempfindlicher Lack verwendet wird.