DE3232174A1 - Verfahren zum herstellen einer freitragenden abstandsmaske - Google Patents

Description

Verfahren »um Herstellen einer freitragenden Abstands-· maske

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Abstandsmaske eines Teilchenatrahl-Projektions-Systems, beispielsweise eines Elektronen- oder Ionenprojektors, insbesondere für die selektive Strukturierung und/oder Dotierung bei der Herstellung hochintegrierter Schaltkreise«

Der Ionen- oder Elektronenprojektor enthält eine teilweise für den Teilchenstrahl durchlässige, freitragende Abstandsmaske, die entsprechend dem Abbildungsmaßstab der Anlage auf Halbleiter, Leiter-, Isolator- oder Lackschichten abgebildet wird und dabei eine chipweise selektive. Sensibilisierung bzw· Dotierung der Schicht ermöglicht. Durch ein auf die Sensibilisierun« folgendes ganzflächiges Ätzen bzw. Lackentwickeln ist eine Strukturierung möglich.

Es ist bekannt, daß stabile Abstandsmasken erhalten werden, wenn jede Entwurfsebene unter Beachtung bestimmter Längen- zu. Breitenverhältnisse der öffnungen in der Maske auf mindestens zwei Masken so aufgeteilt wird, daß keine, ringförmigen geschlossenen Löcher in der Maske entstehen. Ringförmige geschlossene Strukturen im Chip werden erhalten,

indem die zu einer Satwurfsebene gehörigen mindestens zwei Masken nacheinander auf die zugehörige Schicht abgebildet werden,

Bs ist -weiterhin bekannt, daß eine stabile Abstandsmaske auch erhalten wird, wenn beliebig geformte öffnungen hierin mit einem regulären Grundgitter so unterlegt werden, daß Gitterstege die Maskenstabilität herbeiführen. Der gegenwärtige Stand der Technik der Herstellung von stabilen Gittermasken einer Kantenlänge von 30 bis 50 mm gestattet ein Gitter zu unterlegen, das Gitterstege und quadratische Gitterlöcher von je etwa 5 /um Breite besitzt· Sine gleichmäßige Sensibilisierung/Dotierung des zum untergelegten Gebiet gehörigen Chipbereiches wird durch eine Vierfachbelichtung erreicht. Dazu werden nach jeder Belichtung Chip und Maske so gegeneinander bewegt, daß jede quadratische öffnung in der Maske auf dem Wafer ein zusammenhängendes Elementarquadrat belichtet. Sind Loch- und Stegbreite gleich, ist nach den vier BeIichtungsschritten das gesamte gitterunterlegte Gebiet zusammenhängend sensibilisiert/dotiert.

Das Digitalisierungsmaß des Entwurfs kann in diesem Fall nur gleich oder einem Vielfachen der Käntenlänge dieses Elementarquadrats sein. Andernfalls werden Gitteröffnungen nur teilweise durch die Strukturen des Schaltungsentwurfs gedeckt. Im Prozeß der Mehrfachbelichtung entstehen dadurch unbestrahlte Inseln im Bereich zu bestrahlender Gebiete, was zum Ausfall der Bauelemente führen kann. Gegenwärtig wird durch Anwendung lichtoptischer Methoden ein 5 /Um-Haster für das Gitter beherrscht. Bei einem Abbildungsmaßstab des Projektors 10 : 1 ist somit für das kleinste Digitalisierungsmaß 1 /Um möglich. Das entspricht dem Integrationsniveau eines 1 k-s-RAM. Ss ist weiterhin bekannt, daß Abstandsmasken durch galvanische Abscheidung von Nickel auf einem Substrat hergestellt werden können. Die gewünschte Struktur der Maske entsteht durch den Einsatz einer gezielt strukturierten Lackhaftmaske der Stärke ^ 2,5 /Um auf dem Substrat·

Die zur Sicherung der Stabilität der Maske notwendige Materialstärke wird dadurch erreicht, daß im Ealle der in mindestens zwei Abstandsmasken aufgespaltenen Entwurfsebene der Galvanikproeeß nach Erreichen der Lackschichtdicke weitergeführt wird, wobei über dem Lack die Nickelschicht lateral und vertikal gleichermaßen weiter wächst. Mit diesem Verfahren ist aber die Realisierung einer hochintegrierten ßchaltungstechnik nicht möglich. Im Fall der Gittermaske wird nach Erreichen der Lackschichtdicke der Galvanikprozeß abgebrochen, eine andere Lackhaftmaske der Stärke 4 2,5 /tun aufgetragen und das Verfahren mit dem Ziel der Verstärkung der Gitterstege wiederholt. Nach Abätzen des Substrates entsteht in beiden Fällen eine stabile Abstandsmaeke.

Es ist auch bekannt, daß eine dicke Ristonschicht (Stärke £ 10 /um) zur Erzeugung einer entsprechend dicken und stabilen Gittermaske einsetzbar ist. Die gezielte Strukturierung der Ristonschicht erfolgt über Hilfsmaske durch Anwendung des reaktiven lonenstrahlätsens, wobei die Hilfsmaske ihrerseits über eine Lackschicht strukturiert wird.

Außerdem ist bekannt, daß beispielsweise eine Entwurfsebene eines Testfeldes für einen 1 k-s-RAM etwa 10 bis ΛΟτ Punkte enthält. Die im lall der Gittermaske zu unterlegende Gitterstruktur hierfür enthält jedoch etwa 10 Punkte. Bei der Herstellung der Gittermaske, insbesondere bei der weiteren Verfeinerung des Gitters zur Realisierung eines höheren Integrationsgrades, wächst die zur Lackbelichtung notwendige Datenmenge so stark an, daß eine fehlerarme Herstellung überhaupt in Frage gestellt bzw. unmöglich ist.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer freitragenden Abstandsmaske zu entwickeln, wobei trota des geforderten hohen Integrationsgrades

(Digitalisierungsmaß beispielsweise gleich 0,2 /um) und der dabei notwendigen Feinheit des Gitters der Maskenherstellungsprozeß in einfacher, ökonomisch vertretbarer Weise erfolgt.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die offenen Gebiete in der herzustellenden Abstandsmaske mit einem stabilen Gitter asu unterlegen, das entsprechend dem gewünschten Integrationsgrad fein genug ist, zu dessen Realisierung allerdings eine Vorlage erforderlich ist, die die sicher verarbeitbare Datenmenge der Belichtungseinrichtung nicht überschreitet»

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Vorlage für das zu bildende Gitter eine nach Art der Nuclearfilter hergestellte Kunststoffolie eingesetzt wird. Zur Herstellung derselben wird ein Kernteilchenstrahl sehr geringer Riehtungsstreuung benutzt. Der statistisch verteilte Iochabstand und Lochdurchmesser wird jeweils zwischen 0,5 und 2 ,um gewählt. Dadurch ist im Zusammenhang mit dem Abbildungsmaßstab von etwa 10 j 1 und dem Auflösungsvermögen des Projektors eine überstrahlung der Gitterstege auf dem Chip möglich.

Eine Mehrfachbelichtung bei Verschiebung von Maske und Wafer zueinander kann entfallen und damit führen angeschnittete Gitter öffnungen nur noch zu einer Kantenrauhigkeit auf dem Chip, die durch den Abbildungsmaßstab und die Summe aus Lochgröße und Sensibilisierungs-ZDotierungsweite bestimmt werden. Da von einer vorhandenen Vorlage ausgegangen wird, die beispielsweise durch Elektronenstrahlbelichtung oder lonenstrahlbelichtung großflächig in den Lack oder ein Material mit Ionen-Negativresisteigenschaften auf dem Trägersubstrat zur galvanischen Erzeugung der Maske übertragen werden kann, ist nur eine unwesentliche Erhöhung der Datenmenge, die zu den Entwurfsstrukturen gehört, zu verzeichnen. Zur Erzielung der not-

-χ- 2-

wendigen Stabilität und zur Festlegung der Struktur der Maske haben sich nachfolgend aufgeführte Prozeß sehr it te als besonders günstig erwiesen»

a) Aufbringen einer 3 bis 10 /um starken Ristonschicht auf ein leitendes Substrat

b) Abscheiden einer SiO₂~Schicht auf die Ristonschicht

c) Abscheiden einer Elektronenstrahl-Negativlackschicht auf die SiO₂~Schicht

d) Übertragen der Struktur der nach Art der Nuclearfilter hergestellten Vorlage mittels üLektronenstrahlbelichfcung in die Lackschicht

e) öffnen der SiCu-Schicht durch Ätzen unter Nutzung des Negativlackes als Haftmaske

f) Beseitigen der Negativlackreste

g) Übertragen der durch die SiOg-Schicht gebildeten Struktur in die Ristonschicht und Abtragung bis auf das Substrat mit Hilfe des reaktiven Ionenstrahlätzens unter Anwendung eines Sauerstoffionenstrahls

h) Beseitigen der SiO -Restschicht

i) Galvanisches Aufwachsen von Nickel auf dem leitenden Substrat bis zur Höhe der Ristonschicht

ξ) Aufbringen und Strukturleren einer Lackschicht im Positiv- oder Negativprozeß mit dem Ziel der Freilegung der Teile der nickeldurchsetzten Ristonfolie, an denen der Elektronen- bzw. Ionendurchtritt in das Halbleitermaterial verhindert werden soll

k) Fortsetzen des galvanischen Aufwachsens von Nickel an den freigelegten Maskenteilen, bis eine ionenundurchlässige Nickelschicht entstanden ist

1) .Entfernen der Lackreste

m) Entfernen des Substrats

n) Bntfernen der Ristonreste

o) Einspannen der Abstandsmaske in einen Rahmen,

In einer vorteilhaften Abwandlung des Verfahrens, bei dem die tragende Gitterstruktur durch nachträgliches Ätzen

einer ganzflächigen und daher weniger störanfälligen elektrolytisch abgeschiedenen Schicht erzeugt wird, sind anstelle der vorher erwähnten Prozeßschritte a bis i folgende vorgesehen:

al) Abscheiden einer ersten Nickelschicht auf einem Substrat, beispielsweise Silizium oder Aluminium bi) Aufbringen der Vorlage auf der Nickelschicht d) Übertragen der Vorlagenstruktur in die Nickelschicht

durch Ätzen, vorzugsweise Ionenstrahlätzen d1) Entfernen der Vorlage

Um eine bessere Steuerung des Verhältnisses von Stegbreite zu Lochgröße und damit verbunden eine höhere Stabilität der Maske zu erreichen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, anstelle der eingangs beschriebenen Schritte a bis i wie folgt zu verfahren?

a2) Aufbringen der Vorlage auf das Substrat b2) Fortsetzen des Bestrahlungsprozesses mit Kernteilchen, bis auf dem Substrat Folieninseln mit im Mittel 0,2

bis 1,5 /um Durchmesser verbleiben c2) Galvanisches Aufwachsen einer ersten Nickelschicht

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen nächer erläutert werden:

Die Struktur einer Vorlage nach Art der Nuclearfilter ("Nuclepore-Folie"), die einen mittleren Porenabstand von etwa 2 /Um (Lochdichte 2 bis 8 · 10' cm) bei ausreichend kleiner Schwankung und eine Porenweite von 0,8 bis 1,2 ,um aufweist, wird mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Belichtungsanlage auf die oberste Elektronenstrahllackschicht einer Schichtfolge übertragen, die folgenden Aufbau besitzt:

Substrat, vorzugsweise aus Silizium oder Aluminium, Eiston mit einer Stärke von 5 bis 10 /um, SiO₂, Negativ-Elektronenstrahllack. Zur Belichtung des Siektronenstrahllackes wird

-Ζ- no.

das größte Stempelmaß der Slektronerustrahlbelichtungsanlage gewählt (meistens 10 /Um). Die Lackstruktur wird durch plasmachemisch.es Ätzen in die aufgesputterte SiO₂-Schicht übertragen, die als Ätzmaske für den Ristonfilm dient. Die Übertragung der Struktur in den Ristonfilm erfolgt durch lonenstrahlätzen mit Hilfe von Sauerstoffionen. In der so erhaltenen. Struktur wird die Gittermaske galvanisch bis zur Höhe der Ristonschicht aufgewachsen. Daraufhin wird die Riston-/Nickölseite des Substrats mit El ektronenstrahl-Negativlack beschichtet (Stärke 1 bis 2 ./um ) und mit der Elektronenstrahltoelichtungsanlage die Entwurfs struktur in diesen Lack übertragen. Nach einem zweiten Galvanikprozeß ist eine dünne, die ^Entwurfsstrukturen umschließende Nickelscnicht auf der Gittermaske entstanden. Anschließend wird das Substrat abgeätzt und . die Reste der Riston- sowie der Lackschicht herausgelöst..

Damit wird eine stabile Abstandsmaske erhalten, deren beliebig geformte.öffnungen mit einem unregelmäßigen Gitter unterlegt sind. Zur Übertragung der Entwurfs struktur in die technologische Schicht wird eine einzelne Bestrahlung mit Hilfe des Projektors durchgeführt. Die Gitterstege werden hierbei überstrahlt. Die Positionierung der Entwurfsstrukturen auf das unregelmäßige Gitter ist unkritisch. Die entstehende Kantenrauhigkeit erlaubt die Herstellung hochintegrierter Schaltkreise. Die Datenmenge, die die ELektronenstrahlbelichtungseinrichtung aufgrund der Gitterübertragung zusätzlich verarbeiten muß, belasten die Anlage nicht wesentlich.

Besonders vorteilhaft ist die Übertragung der Struktur der Vorläge mit Hilfe von lonenstrahlen in einen ionenstrahlempfindlichen Negativlack, denn die lonenstrahlbelichtung erlaubt eine höhere Auflösung im Vergleich zur Elektronenstrahlbelichtung. !Sine weitere Verbesserung des Verfahrens ist möglich, wenn anstelle des ionenstrahlempfindliehen Negativlackes und der SiO₂-Atzmaske Molybdän oder ein anderes Material eingesetzt wird, das bei Ionenstrahlbeschuß

die Eigenschaft eines Negativresits aufweist.

Auf ein geeignetes Substrat, beispielsweise Silizium oder Aluminium, wird eine erste etwa 5 /um dicke Ni-Schicht abgeschieden und daruaf mittels eines geeigneten Haftvermittler die Vorlage unter Anwendung von Druck und Wärme aufgebracht. Danach erfolgt durch Ionenstrahlätzen bei ungefähr 1 kV und 1 mA/cm die Strukturübertragung in die Ni-Schicht. Dabei sind die Stromdichte und Spannung so zu wählen, daß keine Schrumpfung bzw. Zersetzung der Haftmaske erfolgt und daß ein Ätzratenverhältnis von ■^Ni^IOlie ^/ ^ ®^ⁿ6^ellÄ^ltel1 wird; im speziellen .Fall wird für Awi ^ 54· nm/min erreicht·

Durch Zusatz geeigneter Ätzgase kann dieses Verhältnis so optimiert werden, daß nur noch geringe Maskenreste stehen bleiben und ein beträchtliches Ätzen des Substrates unterbleibt.

Nach Batfernen der restlichen Haftmaske durch Plasmaätzen bzw. fortgesetztes Ionenstrahlätzen wird auf diese "Gitter"-Struktur Foto- bzw. Elektronenresist aufgebracht und die Designstruktur lichtoptisch oder mit Elektronenstrahl in die Lackschicht übertragen. Nach der üblichen Entwicklung und Härtung wird die zweite etwa 5/Um dicke Ni-Schicht galvanisch abgeschieden»

Nach der Lackentfernung und der Entfernung des Substrats steht die gewünschte selbsttragende Abstandsmaske zur Verfügung.

Di© im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Struktur der. Vorlage wird, nach dem Aufbringen der Ausgangsfolie auf ein geeignetes Substrat, durch den bekannten Herstellungsprozeß für diese Folien derart beeinflußt, bis die durch die Kern-

-χ-11.

strahlung erzeugten Löcher verschmelzen und IOlieninsela von etwa 1 /Um Durchmesser auf dem Substrat verbleiben. Danach wird die erste etwa 5/um dicke Ni-Schicht galvanisch aufgebracht, so daß eine glatte Oberfläche (Ni-Neta mit Polieninseln) entsteht. Darauf wird Foto- bzw. Blektronenresist aufgebracht, in den in dargelegten Weise die Design-Struktur übertragen wird. Nach dem galvanischen Abscheiden der zweiten Ni-Schicht werden Substrat und Polienreste entsprechend Ausfuhrungsbeispiel 2 entfernt*

Claims (7)

Patentanspruch

1. Verfahren zum Herstellen einer freitragenden Abstandsmaske für verkleinernde Teilchenstrahl-Projektions-Systeme,-bei dem auf einem leitenden Substrat galvanisch eine ausreichend fein strukturierte Nickelschicht erzeugt wird, wobei die Struktur mittels einer Vorlage und mindestens einer Hilfsschicht entsteht, auf die anschließend eine Isolierschicht aufgebracht wird, in. die die Designstruktur übertragen und in der der Galvanikproaeß fortgesetzt wird, so daß nach Trennung des Nickelschichtsystems vom Substrat und Herauslösen der Isolierschichtreste die erzeugte Maske in einen Rahmen eingespannt wird, gekennzeichnet dadurch, daß zur Gitterbildung eine Vorlage nach Art der Nuclearfilter eingesetzt wird, die statistisch verteilte Poren aufweist, deren Durchmesser P im Zusammenhang mit dem Verkleinerungsmaßstab M des Teilchenstrahl-Projektions-Systeme einen Wert P/M » 0,05 bis 0,2/um ergibt und deren mittlerer Abstand maximal 0, 2 /Um beträgt·

2. Verfahren zum Herstellen einer freitragenden Ahstandsmaske nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Prozeßschritte:

- Aufbringen einer Ristonschicht auf ein leitendes Substrat

- Abscheiden einer SiOp-Schicht auf die Ristonschicht

- Abscheiden einer Elektronenstrahl-Negativlackschicht auf die SiO₂-Schicht

- Übertragen der Struktur der Vorlage mittels einer Blektronenstrahlbelichtung in die Negativlackschicht

- öffnen der SiO^-Schicht durch Ätaen unter Nutzung des Negativlacks als Haftmaske

- Beseitigen der Negativlackreste

- Übertragen der durch die SiO^Schicht gebildeten Struktur in die Ristonschicht und der Abtragung bis

I-

auf das Substrat mit Hilfe des reaktiven Ionen- * strahlätsens unter Anwendung eines Säuerst off ionenstrahl

- Beseitigen der SiOp-Sesfcschicht

- Galvanisches Aufwachsen von Nickel auf dem leitenden Substrat bis zur Höhe der Ristonschicht Aufbringen und Strukturieren einer Lackschicht im Positiv- oder Negativprosseß

- Fortsetzen des galvanischen Aufwachsens von Nickel auf den freigelegten Maskenteilen

- Entfernen der Lackreste

- Entfernen des Substrats

- Entfernen der Ristonreste

- Einspannen der Abstandsmaske in einen Rahmen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur der Vorlage mittels lonenstrahlbelichtung. in eine lonensfcrahl-Negativlackschicht tibertragen wird.

4·. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur der Vorlage in ein Material mit Ionen-Negativresisteigenschaften, vorzugsweise Molybdän, übertragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Prozeßschritte:

-Abscheiden einer ersten Nickelschicht auf einem Substrat, beispielsweise Silizium oder Aluminium

- Aufbringen der Vorlage auf der Nickelschicht

- Übertragen der Vorlagenstruktur in die Nickelschicht durch Itzen, vorzugsweise Ionenstrahlätsen

- Entfernen der Vorlage

- Abscheiden einer Foto-bzw. Elektronenlackschicht

- Übertragen der Designstruktur in die Lackschicht und deren Entwicklung

- ψ- 3.

- Galvanisches Abscheiden einer aweiten Nickelschicht

- -Entfernen des Lacks und des Substrats

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folerende Prozeßschritte:

- Aufbringen der Vorlage auf das Substrat

- Fortsetzen des Bestrahlungsprozesses mit Kernteilchen, bis auf dem Substrat Fölieninseln mit im Mittel 0,2 ... 1,5 /um Durchmesser verbleiben

- Galvanisches Aufwachsen einer ersten Nickelschicht

- Ereeugung einer Foto- bzw. Elektronenresistschicht

- Übertragung der Designstruktur in die Lackschicht und deren Entwicklung

- Galvanisches Abscheiden einer zweiten Nickelschicht

- Entfernen von Lack, Substrat und Folienresten.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 2, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Nickelschicht bis zehnmal so dick wie die zweite ist.