DE2726813C2 - Verfahren zur Herstellung eines mit einem Muster versehenen Substrats - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines mit einem Muster versehenen SubstratsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Muster versehenen Substrats, wobei das
Substrat mit einem Fotoresist beschichtet und die Beschichtung einem Strahlungsmuster ausgesetzt und
anschließend entwickelt wird.
Bei der Herstellung von Halbleitern und integrierten Schaltungen treten verschiedene Herstellungsschritte
auf, bei denen Schichten aus Fotoresist aufgebracht und anschließend durch eine Maskenanordnung belichtet
werden, woraufhin selektiv die belichteten oder unbelichteten Bereiche der Fotoresistschicht entfernt werden.
Beispielsweise werden zur Herstellung einer typischen bipolaren, integrierten Schaltung sieben Fotoresistschritte
durchgeführt, um die vergrabene Schicht, die Übergangsisolation, die Diffusion für die Basis, die
Diffusion für den Emitter, die Diffusion für den Kollektorbereich, die Metallisierungsöffnungen und das
Metallmuster auszuführen. Wenn ein System mit Metallschichten in mehreren Ebenen verwendet wird,
sind weitere Fotoresistschritte erforderlich. Die Durchführung eines jeden dieser Fotoresistschritte erfordert
das Aufbringen eines Fotoresist, seine Belichtung und seine Entwicklung. Bei der Entwicklung mittels eines
herkömmlichen Naßentwicklungsverfahrens vergehen etwa 30 Minuten, bis eine Fotoresistmaske erhalten
wird, welche für einen nächsten Verfahrensschritt ihre Maskenfunktion erfüllen kann. Wenn auch die reine
Entwicklungsdauer, d. h. das Entfernen des unerwünschten Fotoresistmaterials aus der Fotoresistschicht,
nicht von übergeordneter Bedeutung ist, so ist zu berücksichtigen, daß die naßentwickelte Fotoresistschicht
einer Wärmebehandlung ausgesetzt werden muß, um sie zu trocknen und zu härten, damit das in ihr
enthaltene Entwicklermaterial austritt. Ferner wird auch eine gewisse Zeit benötigt, um nach der Wärmebehandlung
der Fotoresistschicht das Substrat, auf dem sich die Fotoresistschicht befindet, zu der nächsten
Behandlungsstation zu transportieren.
Aus J. Electrochemical Soc: Solid State Science, Vol.116, No. 1, Seite 100 bis 103; Januar 1969 ist es
bekannt, Resistmaterial durch Ätzen zu entfernen, wobei dies mittels HF-Zerstäubung durchgeführt wird.
Unter Ätzer versteht man auf dem Gebiet der Technik des Herstellen von übereinander angeordneten Schichten
aus unterschiedlichen Materialien mit vorgegebenen Mustern das Entfernen einer Materialschicht innerhalb
eines vorgegebenen Bereiches, wobei die diesen Bereich umgebende Fläche mit einer Schutzschicht wie z. B.
einem Fotoresist überdeckt ist Die Fotoresistschicht dient als Maske, in der sich eine oder mehrere
ίο öffnungen befinden, durch die hindurch die nicht
überdeckte Materialschicht herausgeätzt werden soll, was mittels des HF-Plasmas geschehen kann. Dabei
wird das von der Maske nicht überdeckte Material r-iit
der gleichen Abbaugeschwindigkeit entfernt.
Die Fig. 6 dieser Druckschrift zeigt Abbaugeschwindigkeiten verschiedener Materialien als Funktion der
HF-Energie. Auf Seite 102, rechte Spalte wird darauf hingewiesen, daß die Abbaugeschwindigkeit des dort
verwandten Fotoresistmaterials bei vorgegebener !Energie vergleichbar mit den Abbaugeschwindigkeiten
ist, die mittels HF-Zerstäubung geätzt wurden. Als Besonderheit wird dabei darauf hingewiesen, daß die
Abbaugeschwindigkeit, wie es in der dortigen Fig. 6 dargestellt ist, beträchtlich höher für Materialien ist,
weiche als »incompletely cured« Harzschichten betrachtet worden sind. Bei dem in dieser Druckschrift
beschriebenen Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck »incompletely cured« tatsächlich nicht auf die von
Strahlung nicht vernetzten Bereiche einer Resistschicht, sondern es wird damit eine thermisch nicht vollständig
vor- oder ausgehärtete Schicht bezeichnet.
Aus der US-PS 39 20 483 ist es bekannt, eine aus einem Resistmaterial bestehende Maske, welche auf
einer sich auf einem Substrat befindenden SiCVSchicht ausgebildet ist, mit einem HF-Plasma zu behandeln.
Diese Behandlung der Maske aus Resistmaterial dient dazu, die Maske für eine anschließend folgende
Ionenimplantation derart vorzubereiten, daß die Maske während der Ionenimplantation nicht fließt. Bei der
Behandlung der Maske aus Resistmaterial mit einem HF-Plasma wird eine gewisse Dicke des Resistmaterials
entfernt Die ursprüngliche Gesamtdicke der Maske ist so bemessen, daß nach der Behandlung mit dem
HF-Plasma eine ausreichende Dicke übrigbleibt um die von der Maske überdeckten Bereiche bei der Ionenimplantation
ausreichend zu schützen. Anschließend an die Ionenimplantation wird die Maske aus Resistmaterial
durch ein herkömmliches Verfahren zum Entfernen von Resistmaterial entfernt.
so In der US-PS 37 05 055 wird das Entfernen von
restlichem Resistmaterial aus denjenigen Bereichen beschrieben, weiche nach herkömmlicher Naßentwicklung
der bestrahlten Resistmateriaischicht zur Ausbildung einer Maske frei von Resistmaterial sein sollten.
Zum Entfernen des restlichen Resistmaterials wird die durcn Naßentwicklung erzeugte Maske mit einem
HF-Plasma behandelt Bei dieser Behandlung mit einem HF-Plasma wird die gesamte Maskenoberfläche angegriffen,
so daß ein Bruchteil der gesamten Dicke der
Maske oxidiert wird. Jedoch kann durch entsprechende Zeitsteuerung des Oxidationsvorganges erreicht werden,
daß die Dicke derjenigen Flächenbereiche der Maske, die zum Schutz der darunterliegenden Schicht
vorgesehen sind, nur soweit verringert wird, daß die
Schutzfunktion dieser Flächenbereiche nicht beeinträchtigt
wird.
Aus der US-PS 38 16 198 ist es bekannt, auf eine Schicht aus einem fluorierten Polymer eine Fotoresist-
schicht aufzubringen, diese mit einem Muster zu belichten und daraufhin naß zu entwickeln, so daß eine
Maskierungsschicht aus Fotoresistmaterial erhalten wird. Durch die nach der Entwicklung in der Maskierungsschicht
vorliegenden Öffnungen hindurch werden die freiliegenden Bereiche der Schicht aus dem fluorierten
Polymer durch Ätzen entfernt, wobei dieser Ätzvorgang mittels eines Plasmas durchgeführt wird. Die
Abbaugeschwindigkeit bei Einwirken des Plasmas von fluorierten Polymeren ist beträchtlich kleiner als diejenige
von Fotoresistmaterialien, so daß bei ausreichender Dicke der Fotoresistmaterialschicht die Schicht aus
fluoriertem Polymer selektiv geätzt werden kann.
Bei dem aus den ersten drei, vorhergehend erörterten Druckschriften bekannten Stand der Technik wird stets,
wenn eine Resistmaterialscliicht in Musterform vorliegt,
diese dadurch erhalten, daß eine einer Wärmebehandlung unterzogene Resistmaterialschicht mit einem
Strahlungsmuster beaufschlagt und anschließend mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik entwikkelt
wird. Beim Entwickeln handelt es sich darum, aus einer durchgehenden Fotoresistschicht unterschiedliche
Bereiche zu entfernen, wobei jedoch unterschiedliche Materialentfernungsgeschwindigkeiten zwischen
den zu entfernenden und den nicht zu entfernenden Bereichen vorliegen. Das Entwickeln wird nach dem
Stand der Technik mittels eines Naßentwicklungsverfahrens durchgeführt, was zur Folge hat, daß die Fotoresistschicht
einer Wärmebehandlung unterzogen werden muß, damit sie bei einem weiteren Verfahrensschritt die
■erforderliche Maskierungsfunktion erfüllen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches
ohne Naßentwicklung durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Entwicklung als Trockenentwicklung mittels
eines Plasmas erfolgt.
In vorteilhafter Weise ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlicn, die entwickelte Fotoresistschicht
einer Wärmebehandlung auszusetzen, damit die Fotoresistschicht in einen Zustand übergeführt
wird, in dem sie ihre Maskierungsfunktion bei einem nächsten Verfahrensschritt erfüllen kann. Somit
ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine wesentliche Zeitersparnis, denn der Entwicklungsvorgang
benötigt nur einige Minuten und die erhaltene Fotoresistmaske kann in einem sich unmittelbar
anschließenden Verfahrensschritt ihre Maskierungsfunktion erfüllen. Durch das Plasma werden bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren die unvemetzten
Bereiche des Fotoresistmaterials mit einer wesentlich höheren Abbaugeschwindigkeit als die vernetzten
Bereiche entfernt, so daß die Fotoresistschicht trocken entwickelt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich in vorteilhafter Weise für den Einsatz in der Halbleiterindustrie.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß als
Plasma ein Sauerstoff enthaltendes Plasma verwandt wird. Es ist auch möglich, ein reines Sauerstoffplasma zu
verwenden.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß ein ein
aromatisches Vinylmonomer enthaltender Fotoresist verwandt wird. Ein solcher Fotoresist hat sich als
besonders günstig beim praktischen Einsatz erwiesen.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Fotoresist beschichtete Substrat, bevor es dem Sauerstoff enthaltenden Plasma ausgesetzt wird, in einem Vakuum vom 1,33 mbar auf eine Temperatur von etwa 70°C aufgeheizt wird. Werden für die Parameter Temperatur und Vakuum in etwa diese Werte gewählt, so ergeben sich bei der praktischen Durchführung besonders gute Ergebnisse,
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Fotoresist beschichtete Substrat, bevor es dem Sauerstoff enthaltenden Plasma ausgesetzt wird, in einem Vakuum vom 1,33 mbar auf eine Temperatur von etwa 70°C aufgeheizt wird. Werden für die Parameter Temperatur und Vakuum in etwa diese Werte gewählt, so ergeben sich bei der praktischen Durchführung besonders gute Ergebnisse,
Während zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein ein ethylenisch ungesättigtes aromatisches
Vinylmonomer enthaltender Fotoresist (U-200 hergestellt von Horizon Research Corp.) bevorzugt
wird, sei darauf hingewiesen, daß ein beliebiger positiver oder negativer Fotoresist bekannter Art ebenso
verwendet werden kann. Geeignete andere Beispiele solcher Fotoresists haben Zusammensetzungen, welche
auf der Basis von Polyvinylcinnamat Polyisopren, natürlichen Kautschukharzen, Formaldehydnovolak,
Cinnamyiiden oder Polyacrylester aufgebaut sind.
Beispiele solcher Fotoresists sind eine Verbindung auf
der Basis eines natürlichen Kautschukharzes (KMER), eine Verbindung auf der Basis von Polyvinylcinnamat
(KPR-2), ein teilweise cyclischer Polymer von Isopren (KTFR) und eine Verbindung auf der Basis von
Cinnamyiiden oder Acrylester (KOR). Diese Fotoresists enthalten normalerweise geringe Mengen eines Fotoinitiators
oder eines Fotosensibilisators, der unter der Einwirkung von ultraviolettem Licht zerfällt, um ein
freies Radikai zu liefern, welches entweder die Polymerisation oder die Entpolymerisation auslöst.
Viele Fotoinitiatoren sind bekannt, und zwar auf der Basis von Aziden, Diazooxiden oder Thioazo-Verbindungen.
Die oben genannten Verbindungen können in Form einer Schicht nach herkömmlichen Methoden auf ein
Halbleitersubstrat aufgebracht werden, welches mit einer Maske versehen werden soll, typischerweise mit
einer Siliziumdioxidschicht darauf. Das Aufbringen des Fotoresist in Form einer dünnen Schicht auf das
Substrat kann nach verschiedenen Methoden erfolgen, vorzugsweise geschieht dies jedoch nach der Rotationsmethode, wobei das Substrat im Vakuum von einer
Einspannvorrichtung gehalten wird, welche dann in Drehung versetzt wird, während mit Hilfe einer
Tropfeinrichtung oder einer anderen geeigneten mechanischen Einrichtung der Fotoresist auf die Miite des
Substrats aufgebracht wird. Durch die weitere Drehung des Substrats wird das Fotoresistmaterial gleichförmig
über die Oberfläche der Scheibe verteilt. Nach dem
so Trocknen des Fotoresist wird die Fotoresistschicht der
Strahlung einer geeigneten Wellenlänge ausgesetzt, oder es erzeugt ein Elektronenstrahl das gewünschte
Muster dann. Das Substrat ist dann dazu vorbereitet, einem Sauerstoffplasma ausgesetzt zu werden. Es kann
entweder reiner Sauerstoff verwendet werden, oder der Sauerstoff kann mit Argon, Neon, Helium, Stickstoff
oder Wasserdampf gemischt sein. In ähnlicher Weise können Mischungen solcher Gase mit Wasserstoff
verwendet werden. Der Sauerstoff wird üblicherweise in einer kommerziell erhältlichen Plasmageneratoreinrichtung
vorgesehen. Das Substrat wird in den Plasmagenerator eingebracht, und während die Einrichtung
evakuiert wird, wird das Substrat auf eine Temperatur von etwa 700C vorgeheizt. Der Drück
innerhalb der Einrichtung wird unter 1,33 mbar vermindert, und dann wird Sauerstoff eingelassen,
während der HF-Generator eingeschaltet wird, um das Sauerstoffplasma zu erzeugen. Der Sauerstoffdruck
kann vorzugsweise zwischen 0,67 und 13,33 mbar liegen,
und bei einer Energie von 100 Watt wird der Fotoresist
'·, vollständig in dem nichl-belichteien Bereich in etwa
3 Min. entwickelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird de- Fotoresist
U-200 auf einer Siliziumscheibe von etwa 7,6 cm Durchmesser in Drehung versetzt, wobei auf der
Siliziumscheibe eine Schicht aus Siliziumdioxid vorhan- t den ist. Die Scheibe wird mit einer Drehzahl von 3000
Umdrehungen während einer Zeit von etwa 30 Sek.
gedreht, um den Fotoresist über die Scheibe zu , verteilen. Die mit dem Fotoresist beschichtete Scheibe
» wird dann während etwa 10 Min. bei Zimmertemperatur
gehalten, um eine Verdampfung der noch in dem '5
Fotoresist enthaltenen Lösungsmitte! zu ermöglichen.
Die Scheibe wird dann unter ein Projektionsgerät ;i gebracht und vorzugsweise mit ultraviolettem Licht
bestrahlt. Die Scheibe wird dann wiederum während
|g 2 Min. bei Zimmertemperatur gehalten und schließlich
während 1 Min. bei etwa 100°C gehärtet Die Scheibe wird dann in den Plasmagenerator gebracht und auf
etwa 70° C vorgeheizt. Die Kammer in einem Tegal-Aluminiumreaktor
wird während 2 Min. evakuiert, um den Druck unter 1,33 mbar abzusenken, es wird Sauerstoff
eingelassen, um einen Druck in der Kammer von 0,13 bis
13,33 mbar zu erzeugen, während eine Hochfrequenzstrahlung mit einer Energie von 100 Watt aufgebracht
wird, um das Sauerstoffplasma zu erzeugen. Die Fotoresistbeschichtung wird dann in etwa 3 Min.
vollständig entwickelt und anschließend nach einem herkömmlichen Verfahren weiterbehandelt, um die
Halbleitereinrichtungen zu erzeugen.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß der Fotoresist zum Belichten und Entwickeln etwa 5 Minuten
benötigt. Die dabei erhaltene Fotoresistmaske ist unmittelbar in einem anschließenden Verfahrensschritt
einsetzbar, da keine Wärmebehandlung erforderlich ist, wie es bei einem herkömmlichen Naßverfahren benötigt
wird
Während nach den obigen Ausführungen das Substrat eine Siliziumdioxidschicht aufweist, dürfte offensichtlich
sein, daß dasselbe Verfahren auch bei einem Halbleiterrohmalerial
oder einer Metallschicht auf dem Halbleitermaterial angewandt werden kann und som'* luch
anwendbar ist, um ein Muster bei Silizium oder einer Aluminiummetallisierung herzustellen.
50
55
65
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Muster versehenen Substrats, wobei das Substrat
mit einem Fotoresist beschichtet und die Beschichtung einem Strahlungsmuster ausgesetzt und anschließend
entwickelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entwicklung als Trockenentwicklung mittels eines Plasmas erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß als Plasma ein Sauerstoff enthaltendes Plasma verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beschichten des Substrats
ein ein aromatisches Vinylmonomer enthaltender Fotoresist verwandt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Fotoresist beschichtete
Substrat, bevor es dem Sauerstoff enthaltenden Plasma ausgesetzt wird, in einem Vakuum von
133mbar auf eine Temperatur von etwa 70° C aufgeheizt wird.
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-
1977
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3913434A1 (de) * | 1989-04-24 | 1990-10-25 | Siemens Ag | Trockenwickelbares resistsystem |
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| JPS52155531A (en) | 1977-12-24 |
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