DE3030742A1 - Verfahren zur herstellung einer maske fuer die strukturerzeugung in lackschichten mittels roentgenstrahlen - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer maske fuer die strukturerzeugung in lackschichten mittels roentgenstrahlenInfo
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Description
- "Verfahren zur Herstellung einer Maske für die StnKtur-
- erzeugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahlen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer MasKe für die Mustererzeugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahlen mit einem Maskenträger aus Bor-dotiertem Silicium und einer auf dem MasKenträger befindlichen Röntgenstrahlen absorbierenden, mit dem Muster versehenen Schicht.
- Aus der Literaturstelle "Solid State Technology", 1972, Juli, Seite 21 bis 25, ist bekannt, bei photolithographischen Prozessen, mit denen z.B. Halbleitersysteme mit Strukturabmessungen im Mikrometerbereich hergestellt werden, die Belichtung des Photolacks mit Röntgenstrahlen vorzunehmen..
- Die Leistungsfähigkeit der Lithographie erkennt man an der minimalen Streifenbreite der Strukturen, die mit ihr zu erreichen ist: Lichtlithographie N 2 bis 3 /um, Elektronenstrahllithographie N 0,05 bis 0,1 /um, Röntgenstrahllithographie N 150 nm und kleiner.
- Die Benutzung von Röntgenstrahlen zur Belichtung eines zu strukturierenden Lacks bringt den Vorteil, daß störende Beugungserscheinungen bei der ProjeKtion der maskierenden Strukturen auf die Lackschicht herabgesetzt werden. Für die Belichtung mit Röntgenstrahlen sind spezielle Bestrahlungsmasken für die Struktur erzeugung im Lack erforderlich.
- Aus der DE-AS 25 20 147 ist eine solche Bestrahlungsmaske und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Das Herstellungsverfahren für die MasKe ist verhältnismäßig auf- wendig und umfaßt eine Vielzahl von Prozeßschritten, was insbesondere für eine Großserienfertigung unrationell ist. So sind zur Herstellung der bekannten Maste folgende Prozeßschritte nacheinander erforderlich: 1. Aufbringen einer für sichtbares Licht durchlässigen Schicht aus Si02 auf einer der Hauptflächen eines scheibenförmigen Siliciumkörpers 2. Aufbringen einer Photolackschicht auf die Si02-Schicht 3. Strukturierung der Photolackschicht zur Ausbildung einer Photolackmaske 4. Chemische Naßätzung der SiO2-Schicht durch die Photolackmaske 5. Entfernen der Photolackmas#e 6. Bordiffusion in den nicht von der SiO2-Schicht bedeckten Bereichen des Siliciumkörpers 7. Entfernen des während der Bordiffusion entstandenen Oxids 8. Entfernung der nicht Bor-dotierten Bereiche des Siliciumkörpers durch chemische Naßätzung 9. Aufbringen der Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht auf den Bor-dotierten Bereichen des Silciuinkörpers 10. Strukturierung der Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht entsprechend der gewünschten Maskenstruktur.
- Dieser Prozeßablauf ist mit erheblichen Nachteilen verbunden. Es ergeben sich hohe Ausschußquoten durch Photolactspritzer, durch Fehler in der Photolackmaske und oft nicht vollständig entfernte Photolackschichten infolge der erforderlichen hohen Ausheiztemperatur zur Polymerisierung der Photolackmaske; infolge des sogenannten "staining-Effektes" kann die Si02-Schicht oft nicht vollständig und genau genug weggeätzt werden; durch Bedeckung nur einer Hauptfläche des Siliciumkörpers mit der Si02-Schicht kann eine mechanische Verspannung des als Maskenträger vorgesehenen Siliciumkörpers eintreten; durch die Vielzahl der erforderlichen Prozeßschritte wird die Herstellung einer solchen Maske aufwendig und teuer.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so auszugestalten, daß, ohne die oben genannten Nachteile einer naßchemischen Ätzung und die mit der Herstellung von Photolackmasken verbundenen genannten Fehlermöglichkeiten in Kauf nehmen zu müssen, eine Maske für die Struktur erz eugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahlen unter Einsparung einer Reihe der für das bekannte Maskenherstellungsverfahren erforderlichen Prozeßschritte hergestellt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch folgende Verfahrensschritte: Erzeugung einer Bor-Diffusionsschicht im gesamten oberflächennahen Bereich einer Siliciumscheibe als Mastenträger; Entfernen eines Teiles der Bor-Diffusionsschicht an einer der Hauptflächen der Siliciumscheibe; Entfernen eines nicht Bor-dotierten Teiles der Siliciumscheibe im von der Bor-Difusionsschicht freigelegten Bereich, wobei der von der Bor-Diffusionsschicht noch bedeckte Teil als Maske dient; Anbringen der mit dem Muster versehenen Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht auf der Bor-Diffusionsschicht an einer ihrer Hauptflächen.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Röntgenstrahlen absorbierende Schicht vor oder nach Entfernen eines nicht Bor-dotierten Teiles der Siliciumscheibe auf der Bor-Diffusionsschicht angebracht.
- Wird die Röntgenstrahlen absorbierende Schicht nach Entfernen des nicht Bor-dotierten Teiles der Siliciumscheibe angebracht, ergibt sich der Vorteil, daß eine höchstgenaue Strukturierung der Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht erreicht werden kann, da die Maskenstruktur keinen weiteren Bearbeitungsschritten mehr ausgesetzt zu werden braucht. Das kann für manche Anwendungsfälle von besonderem Vorteil sein.
- Andererseits kann es bei geeigneter Auswahl des Materials der Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht und der Technik des Aufbringens dieses Materials im Hinblick auf gleiche oder doch ähnliche physikalische Eigenschaften, wie sie der Maskenträger aufweist (z.B. ein ähnliches Wärmedehnverhalten), für eine Großserienfertigung Vorteile bringen, wenn die Röntgenstrahlen absorbierende Schicht vor Entfernen des nicht Bor-dotierten Teiles der Siliciumscheibe angebracht und strukturiert wird.
- Die Auswahl der Reihenfolge dieser Verfahrensschritte bleibt der fachmännischen Auswahl überlassen.
- Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Bor-Diffusionsschicht auf sehr einfache Weise mittels Ionen-und/oder Plasmaätzung, insbesondere mittels reaktiver Ionen- und/oder Plasmaätzung,unter Anwendung einer nur mechanisch aufgelegten Abdeckmaske entfernt.
- Es hat sich im Hinblick auf die Ätzraten des zu ätzenden Materials als zweckmäßig erwiesen, als ätzende Gasphase eine reaktive Gasphase einzusetzen, wobei mit Vorteil eine So6/02 oder eine CF4/02-Atmosphäre angewendet werden kann, wobei der 02-Anteil an der Gasphase vorteilhafterweise zwischen 1 bis 10 % liegt.
- Der nicht mit Bor dotierte Teil des Maskenträgers wird auf besonders vorteilhafte Weise nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch chemische Naßätzung mit einer Mischung aus Äthylendiamin : Brenzkatechin : Wasser = 5 : 1 : 2,5 bei einer Temperatur von 1100C geätzt.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird der nicht mit Bor dotierte Teil des Maskenträgers mit einer Mischung aus 300 g KOH + 2 g K2Cr207 + 1200 ml H20 bei einer Temperatur von 81 0C geätzt.
- Als Röntgenstrahlen absorbierende Schicht wird nach einer Weiterbildung der Erfindung eine Goldschicht angebracht.
- Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit nur vier Hauptprozeßschritten eine höchst präzise Maske für die Strukturerzeugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahlen hergestellt werden kann, wobei neben der Einsparung von Arbeitsgängen auch erhebliche Fehlerquellen, die mit der Anwendung von Photolackschritten wie auch mit Oxidationsschritten verbunden sind, ausgeschaltet werden.
- Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß der naßchemische Ätzschritt zur Entfernung des nicht mit Bor dotierten Bereiches der Siliciumscheibe unter Maskierung durch die verhältnismäßig dicke Bordotiorungs schicht erfolgen kann; hierdurch wird das flüssige Ätzmittel mit Sicherheit von allen Stellen der Siliciumscheibe ferngehalten, wo es nicht erwünscht ist. Bei dem bekannten Verfahren muß für den erwähnten Ätzschritt u.a.
- auch die durch thermische Oxidation hergestellte SiO2-Schicht benutzt werden; solche SiO2-Schichtm haben im allgemeinen sehr viel geringere Schichtdicken als die als Maskenträger benötigten Bordotierungsschichten, so daß bei nicht einwandfreier Oxidation das flüssige Ätzmittel gegebenenfalls auch diese Oxidschicht durchdringen kann.
- Ein weiterer Vorteil für die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Maske ergibt sich aus dem Umstand, daß die als Aus gangskörp er angewendete Siliciumscheibe in ihrem gesamten Oberflächenbereich mit Bor dotiert wird, so daß sich ein gleichmäßiger Spannungszustand einstellt; bei einseitiger Einwirkung auf eine Ein-Kristallscheibe, z.B. bei einer Oxidierung oder Dotierung im Bereich nur einer Hauptfläche, kann die Scheibe sich verziehen und ist als Maste später nur noch bedingt verwertbar.
- Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert.
- Es zeigen Fig. 1a bis 1d einen Maskenträger gemäß der Erfindung im Schnitt in verschiedenen Verfahrensstufen.
- Anhand des in Fig. 1a bis 1d im Schnitt dargestellten Maskenträgers wird die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung beschrieben.
- In Fig. 1a ist eine Siliciumscheibe 1 als Maskenträger dargestellt, die in ihrem gesamten oberflächennahen Bereich mit einer Bor-Diffusionsschicht 3 versehen ist.
- Es ist nicht erforderlich, daß die Siliciumscheibe 1 vor der Bordotierung einer allseitigen Polierbehandlung unterworfen wird.
- Für die Bordotierung wird z.B. eine im Handel erhältliche Silicium-Einkristallscheibe z.B. eines Durchmessers von 75 mm mit <100>-Orientierung und einer Dicke von z.B.
- 0,4 mm zunächst 5 min in rauchender Salpetersäure HN03 vorgereinigt und 10 min in kochender Salpetersäure HN03 nachgereinigt. Für die allseitige Bordiffusion wird die so vorbehandelte Siliciumscheibe 1 stehend in einen bekannen Diffusionsofen eingebracht. Es werden folgende Prozeßparameter eingesetzt: 1. Erzeugung eines Bor-Niederschlages auf den Siliciumscheiben: Aufheizen der Siliciumscheiben auf 8700C unter N2/02-Atmosphäre in einem ersten Ofen, z.B. einem Diffusionsofen, wobei sich im Ofen abwechselnd aufgestellt Bornitridscheiben und Siliciumscheiben befinden; Hochheizen des Ofens mit 90C/min auf eine Temperatur von 9700C unter N2/O2-Atmosphäre; 3 min Einwirken einer N2/02-Atmosphäre auf die Siliciumscheiben; 1 min Einwirken einer N2/02/H2-Atmosphäre#auf die Siliciumscheiben; 40 min Einwirken einer reinen N2 -Atmosphäre auf die Siliciumscheiben; Abkühlen der Siliciumscheiben mit einer GeschwindigKeit von 40C/min auf 8700C in reiner N2-Atmosphäre.
- 2. Eindiffundieren von Bor in die Siliciumscheiben: Wiederaufheizen der Siliciumscheiben auf 9000C in N2/02-Atmosphäre in einem zweiten Ofen, insbesondere einem Diffusionsofen; Aufheizen der Siliciumscheiben mit einer Geschwindigkeit von 90C/min auf 1200°C in N2/02-Atmosphäre; 30 min Einwirken einer N2/02-Atmosphäre; Abkühlen der Siliciumscheiben mit einer Geschwindigkeit von 3°C/min auf 9000C in einer N2/O2 -Atmosphäre.
- Als N2/02-Atmosphäre wurde eine strömende Atmosphäre mit 5 1/min N2-Gas und 100 ml/min 02-Gas eingesetzt.
- Eine auf diese Weise erzeugte Bor-Diffusionsschicht hatte folgende Kenngrößen: Spezifischer Flächenwiderstand der Schicht Ps = 1,4 - 1,5 Dotierstoffkonzentration 1,5 1020 cm 3 Abstand des PN-Uberganges von der Oberfläche X = 4,2 µm Dichte d der als Maskenträger verwendeten Bor-Diffusionsschicht = 3,5 - 3,7 /um.
- Zur Entfernung eines Teiles der Bor-Diffusionsschicht 3 mittels reaktiver Ionenätzung wird die wie oben beschrieben behandelte Siliciumscheibe 1 in eine Hochfrequenz-Kathodenzerstäubungs-Anlage eingebracht. Als Maske zum Abdecken der nicht durch Kathodenzerstäubung abzutragenden Bereiche der Bor-Diffusionsschicht 3 an einer der Hauptflächen der Siliciumscheibe 1 dient beispielswpirc cin mechanisch aufgelegte Abdeckmaske 5, z.B. aus Aluminium, Edelstahl, Silicium oder auch Glas einer Dicke zwischen 0,3 und 1,0 mm (vgl. Fig. 1b). Die Bor-Diffusionsschicht 3 kann mit Vorteil mittels Ionenätzung in einer CF4/02-Atmosphäre oder einer SF6/02-Atmosphäre, wobei der O2-Anteil etwa 10 % beträgt, in der durch Hochfrequenzenergie eine Gasentladung gezündet wurde, in dem nicht von der Abdeckmaske 5 bedeckten Bereich abgetragen werden.
- Der Ionenätzprozeß wird z.B. unter folgenden Bedingungen ausgeführt: HF-Generat-or 27,2 MHz HF-Basiselektrode 150 mm Durchmesser, wassergekühlt Potential an der Basiselektrode 500 V Arbeitsdruck der Gasatmosphäre SF6 oder CF4 = 0,5 Pa 02 = 0,05 Pa Material der Basiselektrode Si02 Unter diesen Bedingungen beträgt die Ätzrate R für Bordotiertes Silicium mit einer Dotierstoffkonzentration von > 1020/cm³ RB/Si =in CF4/02 = 6 /um/h und in SF6/02 = 30 ,um/h.
- Die im Bereich der oeffnung der Maske 5 von dfr Bor-Diffusionsschicht 3 freigelegte Siliciumscheibe 1 wird in einem anschließenden Ätzschritt weiterbehandelt, wobei der nicht mit Bor dotierte Teil der Siliciumscheibe 1 durch chemische Naßätzung entfernt wird. Als Ätzmaske dient die restliche Bor-Diffusionsschicht 3 (vgl.
- Fig. 1c). Der chemische Naßätzprozeß wird mit einer Mischung aus Äthylendiamin : Brenzkatechin : Wasser = 5 : 1 : 2,5 als Ätzlösung ausgeführt; es wird bei einer Temperatur von 1100c geätzt. Mit Vorteil Kann Jedoch auch mit einer Mischung aus 300 g KOH + 2 g K2Cr2O7 + 1200 ml H20 bei einer Temperatur von 81 0C geätzt werden.
- An der so freigelegten Bor-Diffusionsschicht 3 an der anderen Hauptfläche der Siliciumscheibe 1 wird anschließend durch bekannte Techniken, z.B. Aufdampfen oder Kathodenzerstäubung, eine Röntgenstrahlen absorbierende Schicht angebracht. Die Strukturierung dieser Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht wird entsprechend dem gewünschten Maskenmuster mit Hilfe bekannter Techniken, z.B. mit Hilfe der Elektronenstrahllithographie, strukturiert.
- In Fig. 1d ist eine derartige Röntgenstrahlen absorbierende Maskenstruktur 7 dargestellt.
- Wie eingangs schon ausgeführt wurde, ist die Reihenfolge der Prozeßschritte des Entfernens des nicht Bor-dotierten Teiles der Siliciumscheibe im von der Bor-Diffusionsschicht freigelegten Bereich und des Anbringens der mit dem Muster versehenen Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht auf der Bor-Diffusionsschicht austauschbar. Es bleibt dem Fachmann überlassen, auszuwählen, welche Art des Vorgehens jeweils vorzuziehen ist.
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Claims (7)
- PATENTANSPRÜCHE: 1 y Verfahren zur Herstellung einer ~#as#e für die Mustererzeugung in Lackschichten mittels Röntgenstrahlen mit einem Mas#enträger aus Bor-dotiertem Silicium und einer auf dem Mastenträger befindlichen, Röntgenstrahlen absorbierenden, mit dem Muster versehenen Schicht, gtennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Erzeugung einer Bor-Diffusionsschicht im gesamten oberflächennahen Bereich einer Siliciumscheibe; Entfernen eines Teiles der Bor-Diffusionsschicht an einer der Hauptflächen der Siliciumscheibe; Entfernen gnes nicht Bor-dotierten Teiles der Siliciumscheibe im von der Bor-Diffusionsschicht freigelegten Bereich, wobei der von der Bor-Diffusionsschicht noch bedeckte Teil als Maste dient; Anbringen der mit dem Muster versehenen Röntgenstrahlen absorbierenden Schicht auf der Bor-Diffusionsschicht an einer ihrer Hauptflächen.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geKennzeichnet, daß die Röntgenstrahlen absorblerende Schicht vor oder nach Entferneneims nicht Bor-dotierten Teiles der Siliciumscheibe auf der Bor-Diffusionsschicht angebracht wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch getennzeichnet, daß die Bor-Diffusionsschicht mittels Ionen- und/oder Plasmaätzung, insbesondere mittels reaKtiver Ionen- und/oder Plasmaätzung, unter Anwendung einer mechanisch aufgelegten Abdectmaste entfernt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geKennzeichnet, daß der nicht mit Bor dotierte zu entfernende Teil der Siliciumscheibe durch chemische Naßätzung entfernt wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch geKennzeichnet, daß mit einer Mischung aus Äthylendiamin : Brenzzatechin : Wasser = 5 : 1 : 2,5 bei einer Temperatur von 1100C geätzt wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch geKennzeichnet, daß mit einer Mischung aus 300 g KOH + 2 g K2Cr207 + 1200 ml H20 bei einer Temperatur von 810C geätzt wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geKennzeichnet, daß als Röntgenstrahlen absorbierende Schicht eine Goldschicht angebracht wird.
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| DE3119682A1 (de) * | 1981-05-18 | 1982-12-02 | Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg | "verfahren zur herstellung einer maske fuer die mustererzeugung in lackschichten mittels strahlungslithographie" |
| DE3338717A1 (de) * | 1983-10-25 | 1985-05-02 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren zur herstellung einer roentgenmaske mit metalltraegerfolie |
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