DE3015034C2 - Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen auf festen Körpern - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen auf festen Körpern

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Description

Die Erfindung betrifft zwei der Photolithographie verwandte Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2. Solche Verfahren bilden die Grundlage der Herstellung von Transistoren und integrierten Schaltungen, sind aber auch für andere Zweige der Technik von Bedeutung.
In der bisher üblichen Photolithographie wird zunächst die gesamte Oberfläche des festen Körpers mit einem lackähnlichen Material (Photoresist oder Electronenresist) überzogen, das bei Bestrahlung mit Photonen oder Elektronen seine Löslichkeit ändert. Diese Schicht wird durch Belichtung bestimmter Stellen und anschließende Entwicklung mittels eines Lösungsmittels strukturiert. Durch die dabei entstehenden Öffnungen wird die Struktur z. B. durch Ätzung auf den festen Körper kopiert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein schnelleres Verfahren zu schaffen, bei dem insbesondere das Verfahren ohne einen Nachprozeß durchgeführt werden kann. Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichnet, vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Schicht mittels eines Elektronen-, Ionen- oder Photonenstrahles sofort strukturiert abgeschieden. Beschichtung und Belichtung sind also zu einem Prozeß zusammengefaßt, und die Anwendung eines Lösungsmittels zur Entwicklung entfällt ganz. Charakteristisch ist außerdem die Auswahl einander angepaßter Schichtmaterialien und Ätzverfahren, die die Verwendung sehr dünner Schichten, z. B. 80 nm, und folglich kurze Abscheidungszeiten und hohe Auflösung ermöglicht.
Die Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß Polymerisate des Restgases in Elektronenmikroskopen, die sich unter dem Einfluß des Strahles auf dem Objekt bilden (1), außerordentlich resistent gegen Plasmaätzung sind. Solche Schichten können aus vielen verschiedenen Gasen (2) und nicht nur mit Elektronenstrahlen, sondern auch durch Ionen- und Photonenstrahlen erzeugt werden. Man kann auch zunächst eine Katalysatorschicht aufdampfen, die man durch stellenweises Ausbrennen mit einem Elektronen- oder Laserstrahl strukturiert, worauf zur strukturierten Abscheidung der eigentlichen Schicht eine Glimmentladung genügt. Die abgeschiedene Schicht braucht auch nicht aus einem polymerisierten organischen Material zu bestehen. Es ist nur notwendig, daß sie beim Plasmaätzen erheblich weniger angegriffen wird als das darunter liegende Material (3). Dies gilt z. B. auch für S1O2, das aus einer Mischung von Sauerstoff und Tetraäthylorthosilikat mittels einer Glimmentladung auf Silizium abgeschieden wird, wenn man die Plasmaätzung in einem Gemisch aus CF4 und O2 ausführt.
Das folgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern: Eine mit etwa 150nm S1O2 überzogene Siliziumscheibe befindet sich in einem Gerät, das im wesentlichen einem Raster-Elektronenmikroskop gleicht, bei dem aber der Strahl weniger gut fokussierbar zu sein braucht. Der Strahldurchmesser könnte beispielsweise 0,5 μίτι betragen. Das Gerät ist über ein Nadelventil oder eine Druckregeleinrichtung mit einem temperierbaren Gefäß verbunden, welches das Quellmaterial für ein definiertes Restgas enthält, beispielsweise 1,3,5-TrichIorbenzol.
Der Restgasdruck im Elektronenstrahl-Gerät soll größer als 4 χ 10~5 mbar sein. Nun wird nach bekannten Methoden mit dem Elektronenstrahl auf der SiOz-beschichteten Siliziumscheibe eine Struktur geschrieben, wobei sich auf der vom Strahl getroffenen Fläche eine organische Schicht abscheidet, die man beispielsweise bis zu einer Dicke von 50 nm wachsen läßt. Die so präparierte Scheibe wird nun in eine
Plasma-Ätzanlage gebracht. Ätzt man die SiO2-Schicht in einem CF^Plasma, so bleibt sie an den mit der organischen Schicht bedeckten Stellen unversehrt und kann anschließend in bekannter Weise als Diffusions-, Implantations- oder Ätzmaske für das darunter liegende Silizium verwendet werden.
Die Bedeutung der Erfindung liegt darin, daß feinere Strukturen als mit optischer Photolithographie hergestellt werden können, daß die Plasmaätzkammer
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gleichzeitig Targetkammer für die strukturierte Be- ren gegeneinander. Damit sind wesentliche Vorausset-
schichtung sein kann und daß auch weitere Prozesse wie zungen für eine Automatisierung geschaffen.
z.B. Ionenimplantation in der gleichen Kammer In Betracht gezogene Literatur:
ausgeführt werden können. Wegen des Wegfallens eines 1- H. KönigundG. Helwig.Z. Physik 129,491 (1951).
nassen Entwicklungsprozesses kann das Material 5 2. LV. Gregor, »Gas-Phase Deposition of Insulating
ständig in der Kammer bleiben. Films« in G.Hass and R.ELThun, Physics of Thin
Hierdurch entfällt beim Aufbringen einer zweiten Films Bd. 3 S. 131, Academic Press 1966.
Struktur die sonst erforderliche Justierung der Struktu- 3. A. T. Bell, Solid State Technology April 1978 S. 89.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen auf festen Körpern mittels Strahltechnik (Elektronen-, Ionen- oder Photonenstrahl), dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Strahltechnik eine strukturierte Deckschicht aus einem gegen Plasmaätzung unempfindlichen Material erzeugt wird und die Struktur der Deckschicht auf das unter ihr liegende Material des festen Körpers durch Plasmaätzen übertragen wird.
2. Verfahren zur Herstellung von Mikrostrukturen auf festen Körpern mittels Strahltechnik (Elektronen-, Ionen- oder Pnotonenstrahl), dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf dem festen Körper eine Katalysatorschicht aufgebracht wird, diese mittels der Strahltechnik strukturiert abgetragen wird, danach eine Deckschicht aus einem zur Bildung von Polymeren geeigneten Material aufgetragen wird, und danach unter Mithilfe des Katalysators die Polymerisation stattfindet und danach eine Plasmaätzung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1—2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Deckschicht eine oder mehrere der folgenden Verbindungen enthält: Butadien, Cyclopentan oder Cyclopentadien oder deren Derivate, Chlorbenzol, Toluol, Naphthalin, Picolin, Diphenyl, Terphenyl, Tetraäthylorthosilikat plus Sauerstoff.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Ionen-, Elektronen- oder Photonenstrahl eine strukturierte Polymerisation der Verbindungen bewirkt wird und das Polymer sich als strukturierte Deckschicht auf dem Material des festen Körpers niederschlägt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorschicht aus Molybdäntrioxid besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung mittels eines Elektronen- oder Ionenstrahlers geschieht.
7. Verfahren nach Anspruch 2—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Polymerenschicht mittels einer Glimmentladung geschieht.
8. Verfahren nach Anspruch 2—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung der Polymerenschicht mittels UV-Licht oder Röntgenstrahlung geschieht.
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