DE3427556C1 - Verfahren zur Herstellung von Fotoresist-Reliefstrukturen mit UEberhangcharakter - Google Patents

Description

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dies Gemische aus Kondensationsprodukten von For- Einfluß von Streu- und Reflektionsstrahlung, und es

maldehyd mit Phenolen oder phenolische Hydroxyl- dringt vermehrt Strahlung in die von der Bildmaske

gruppen enthaltenden Verbindungen und Naphthoch- abgedeckten Resistbereiche ein, so daß auch diese Be-

inondiazidsulfonylderivaten. Derartige Fotoresistmate- reiche zu einem gewissen Maße entwickelbar werden,

rialien bzw. deren als wesentlich anzusehenden Be- 5 Nach einer solchen erfindungsgemäßen Überbelichtung

standteile sind vielfältig aus dem Stand der Technik be- wird durch Entwicklung mit einem derart selektiven

kanrit, etwa aus den Patentschriften DE-PS Entwickler entsprechend P 33 46 979 also in den durch

9 38 233/USP 3106 465 und DE-PS H 95 166/USP die Streu-und Reflektionsstrahlung teilweise belichte-

32 00 239. Entsprechende Materialien sowie Weiterent- ten Grenzbereichen des Resists in gewissem Maß Re-

wicklungen hiervon sind von verschiedensten Anbietern io sistmaterial entfernt Hierdurch entstehen somit Relief-

im Handel. strukturen, deren Flanken mit der vom Resist bedeckten

Bevorzugt für den erfindungsgemäßen Verwen- Substratoberfläche, wie in F i g. 1 (b) gezeigt, Winkel

dungszweck sind insbesondere hochempfindliche positi- von mehr als 90° einnehmen.

ve Fotoresistmaterialien, mit denen eine hohe Wieder- Für die Anwendung derartiger Reliefstrukturen in gabetreue sowie eine hohe Auflösung auch von Feinst- 15 der »lift-off«-Technik sind Winkel von mehr als 90°, d. h. strukturen im μπι-Bereich möglich ist Entsprechende also mindestens 91°, erforderlich. Besonders günstig Materialien sind ebenfalls bekannt und kommerziell er- sind Winkel der Resistflanken von 95 — 120°. Der Winhältlich und werden beispielsweise in der deutschen Of- kel des Überhanges und seine Dimension an sich lassen fenlegungsschrift DE-OS 32 20 816 oder in der deut- sich erfindungsgemäß in einfacher Weise durch die Besehen Patentanmeldung P 33 44 202 beschrieben. 20 lichtungsenergie steuern. Diese kann je nach Resistsy-Mit den bekannten Materialien und üblichen Verfah- stern variieren. Für hochempfindliche Resistsysteme, ren, bei denen nach der bildmäßigen Belichtung der Re- wie sie in der DE-OS 32 20 816 und der deutschen Pasistbeschichtung ein Entwicklungsschritt mit einem tentanmeldung P 33 44 202 beschrieben sind, sind Enerwäßrig-alkalischen Entwickler erfolgt, ist es bekanntlich gien von 15-25 mj/cm² geeignet, um in der Resistbeproblematisch, insbesondere bei der Herstellung hoch- 25 schichtung eine ausreichende Überbelichturig zu bewiraufgelöster Strukturen im μπι-Bereich, Reliefstrukturen ken. Bevorzugt sind für diese Systeme Belichtungsenermit hohem Kontrast, also mit scharfen Ecken und Kan- gien von 18—22 mj/cm².

ten und möglichst senkrechten Flanken zu erhalten. Die Entwicklungszeit ist nicht kritisch, da der Ent-

Meist erhält man Strukturen mit mehr oder weniger wickler, wie schon in P 33 46 979 gezeigt, nicht zur

abgerundeten Ecken und Kanten und positiv einge- 30 Überentwicklung neigt

schrägten Flanken. Bekanntlich sind hierfür neben opti- Durch die Erfindung ist es somit möglich, in einfacher sehen Effekten wie etwa Streu- und Absorptionseffek- Weise mit Hilfe von gängigen positiven Fotoresistmateten im Resist und Reflektionserscheinungen an der rialien und mittels eines neueren, hochselektiven EntGrenzfläche Resist/Substrat sowie Interferenzen des Wicklers nur durch eine entsprechende Wahl der Belich-Projektionssystems insbesondere Materialeigenschaf- 35 tungsenergie unter weitestgehender Beibehaltung aller ten des Resists sowie die Aggressivität des Entwicklers übrigen, sonst bei der Erzeugung »normaler« Reliefverantwortlich, durch den neben den abzulösenden be- strukturen üblicher Prozeßbedingungen Reliefstruktulichteten Teilen auch mehr oder weniger stark die unbe- ren mit Überhangcharakter zu erhalten,
lichteten Bereiche der Resistschicht angegriffen werden.

Durch geeignete Wahl der Prozeßbedingungen, insbe- 40 Beispiel
sondere der Belichtungsenergie wie der Entwicklerkonzentration und Entwicklungsdauer ist es dem Fachmann Ein handelsüblicher positiver Fotolack auf Basis eines jedoch möglich, diese Probleme, wenn zwar nicht zu Veresterungsproduktes von S-Oxo-e-diazo-S.ö-dihydroeliminieren, so doch einzuschränken. naphthalinsulfonsäure mit 23,4-Dihydroxybenzophe-Aus der DE-OS 3223386 sind wäßrig-älaklische, 45 non gemäß DE-OS 3220816 und eines Kresol—Fornichtionogene Tenside enthaltende Entwickler für Re- maldehyd-Novolakharzes gemäß P 33 44 202 wird Produktionsschichten zur Druckplattenherstellung so- durch Aufschleudern auf die Oberfläche thermisch oxiwie für Fotoresists bekannt dierter Silicium-Wafer aufgetragen. Die Schichtdicke Hierauf aufbauend ist es gemäß der deutschen Pa- nach 30minütigem Vortrocknen bei 90° C beträgt tentanmeldung P 33 46 979 allerdings kürzlich erstmals 50 1,2 μπι. Anschließend werden die Wafer im Kontaktbegelungen, mit Hilfe eines gepufferten, wäßrig-alkali- lichtungsverfahren durch eine Maske mit Strichmuster sehen Entwicklers, der 1—100 ppm an derartigen Tensi- mit einer Belichtungsenergie von 22 mj/cm² belichtet den, vorzgusweise ethoxylierten Alkylphenolen, enthält, Die belichteten Wafer werden dann bei 20° C 60 Sekunpositive Fotoresist-Reliefstrukturen mit bisher nicht er- den lang im Tauchverfahren mit einem Entwickler auf reichter Auflösung, Schärfe und Kantensteilheit zu er- 55 Basis von Natriummetasilicat und primären, sekundären halten. Durch den speziell gewählten mengenmäßigen und gegebenenfalls tertiären Natriumphosphaten, der Gehalt an derartigen Tensiden in diesem Entwickler ist gemäß P 33 46 979 einen Gehalt von 0,005 Gew.-% (entdieser in der Lage, die nicht belichteten Bereiche des spricht 50 ppm) eines ethoxylierten Nonylphenols mit Resists durch Hydrophobisierung durch das Tensid zu einem mittleren Ethoxylierungsgrad von 9 aufweist, entschützen und die abzulösenden belichteten Bereiche des 60 wickelt

Resists durch Hydrophilisierung durch das Tensid sehr Die erhaltenen Reliefstrukturen zeigen bei rasterscharf entwickelbar zu machen. elektronenmikroskopischen Untersuchung einen deutli-Belichtet man erfindungsgemäß nun aber die Resist- chen Überhang; der Winkel der Resistflanken mit der Schicht über das zur Erzielung von scharfen 90° -Kanten von der Resistreliefstruktur bedeckten Substratfläche notwendige Maß hinaus — der Fachmann kann pro- 65 beträgt etwa 100° (Fig. 2).

blemlos für das jeweilige Resistsvstem durch einfaches

Ausprobieren die entsprechenden Energiewerte ermit- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
teln — so steigt im Grenzbereich Resist/Substrat der

- Leerseite -

Claims (1)

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währleistet, wenn die Fotoresist-Reliefstrukturen einen

Patentanspruch: Überhang aufweisen, ihre Flanken also gegenüber der

vom Resist bedeckten Substratoberfläche einen Winkel

Verfahren zur Herstellung von Fotoresist-Relief- von mehr als 90° einnehmen. In F i g. 1 (b) und (c) ist dies strukturen mit Überhangcharakter durch s entsprechend dargestellt. Weiterhin wirken sich derarti

ge überhängende Reliefstrukturen günstig auf die Aus-

— Beschichten eines Substrates mit einer positiv formung der später durch Metallbeschichtung zu erzeuarbeitenden Fotoresistzusammensetzung auf genden Metalistrukturen auf dem Substrat aus. Metall-Basis von Phenol-Formaldehyd-Kondensaten strukturen mit trapezartigem Querschnitt, wie in vom Novolakharztyp und lichtempfindlichen o- io Fig. 1 (d) gezeigt, sind besonders erwünscht bei der Chinondiazid-Verbindungen, Herstellung von Leiterbahnen und Kontaktierungen auf

— bildmäßiges Belichten der getrockneten Foto- dem Substrat.

resistschicht und Techniken zur Erzeugung von Fotoresist-Reliefstruk-

— Behandeln mit einem gepufferten, wäßrig-alka- türen mit Überhangcharakter, hierfür speziell abgelischen, nichtionogene Tenside enthaltenden 15 stimmte Fotoresist- und Entwicklersysteme sowie entEntwickler, sprechende Verfahrensabläufe sind bekannt, beispielsweise aus den Schriften DE-OS 28 55 723, US-PS

dadurch gekennzeichnet, daß man 42 12935 und EP-A2-0 045 639. Gemäß dem Stand der

Technik können derartige Resiststrukturen mit Über-

a) die Fotoresistbeschichtung überbelichtet und 20 hang erzeugt werden etwa durch einen mehrschichtigen

b) anschließend mit einem Entwickler, der Aufbau der Resistbeschichtung, wobei 2 oder mehr La-1 — 100 ppm an ethoxylierten Alkylphenolen gen verschiedener Fotoresistmaterialien mit unterenthält, entwickelt, schiedlicher Strahlungsempfindlichkeit und/oder Ent-

wickelbarkeit übereinander auf dem Substrat aufge-

25 bracht werden. Es werden aber auch spezielle, nur für

diesen Zweck geeignete, Fotoresistformulierungen und/

, oder spezielle Entwickler bzw. Entwicklersysteme verwendet. In jedem Fall erfordert das gezielte, präzise und

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung reproduzierbare Herstellen von Reliefstrukturen mit

von Fotoresist-Reliefstrukturen mit Überhangcharak- 30 Überhangcharakter neben spezieller Materialauswahl

ter. eine aufwendige und komplizierte Prozeßführung.

Die Herstellung von elektrischen und elektronischen Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Bauteilen, insbesondere von hoch- und höchstintegrier- Verfahren zur Herstellung von Fotoresist-Reliefstrukten elektronischen Schaltungen in modernen Halbleiter- türen mit Überhangcharakter zu entwickeln, das einfach bauelementen erfolgt heute üblicherweise mit Hilfe fo- 35 und unkompliziert durchzuführen ist und bei dem mögtolithografischer Strukturierungs- und anschließender liehst keine speziell für diesen Zweck abgestimmte Fo-Funktionalisierungsprozesse, bei denen positiv wie ne- toresistmaterialien und Entwicklersysteme eingesetzt gativ arbeitende Fotoresistmaterialien zum Einsatz ge- werden müssen, sondern solche Materialien und Entlangen. Infolge der erreichten und noch weiter fort- wickler, wie sie zur Herstellung normaler Fotoresistschreitenden Miniaturisierung der Schaltungen und 40 Reliefstrukturen gebräuchlich sind.
Funktionen haben derartige Prozesse mit höchster Prä- Es wurde gefunden, daß sich in bemerkenswert einfazision zu erfolgen. eher Weise Reliefstrukturen mit Überhangcharakter er-

In zunehmendem Maße werden derartige Strukturie- halten lassen, wenn positiv arbeitende Fotoresistzusamrungs- und Funktionalisierungsprozesse mit Hilfe der mensetzungen auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Konsogenannten »lift-off«-Technik vorgenommen, die in 45 densaten vom Novolakharztyp und lichtempfindlichen Fig. 1 schematisch dargestellt ist o-Chinondiazid- Verbindungen soweit überbelichtet

Ein Leiter-, Halbleiter- oder Isolatorsubstrat 1 wird werden, daß bei einer anschließenden Entwicklung mit beispielsweise mit einer geeigneten Positiv-Fotoresist- einem wäßrig-alkalischen Entwickler, der 1 —100 ppm beschichtung 2 versehen und diese entsprechend der zu an ethoxylierten Alkylphenolen enthält, Reliefstruktuerzielenden Struktur bildmäßig durch eine Maskenvor- 50 ren mit Überhangcharakter entstehen,
lage 3 belichtet (a). In einem anschließenden Entwick- Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur lungsschritt werden die belichteten Bereiche der Resist- Herstellung von Fotoresist-Reliefstrukturen mit Überschicht 2 entfernt (b). Die Funktionalisierung erfolgt hangcharakter durch Beschichten eines Substrates mit dann durch Aufbringen einer Metallbeschichtung 4, wo- einer positiv arbeitenden Fotoresistzusammensetzung bei sowohl die Oberfläche der Fotoresist-Reliefstruktur 55 auf Basis von Phenol-Formaldehydkondensaten vom als auch die freigelegten Substratbereiche mit Metall Novolakharztyp und lichtempfindlichen o-Chinondia-(4 + 4') beschichtet werden (c). In einem weiteren Pro- zid-Verbindungen, bildmäßiges Belichten der getrockzeßschritt wird dann die Resistschicht 2 samt Metallauf- neten Fotoresistschicht und Behandeln mit einem gelage 4' vom Substrat abgehoben (»lift-off«); die Metall- pufferten, wäßrig-alkalischen, nichtionogene Tenside strukturen 4 entsprechend der Maskenvorlage verblei- 60 enthaltenden Entwickler, wobei man die Fotoresistbeben auf dem Substrat (d). schichtung überbelichtet und anschließend mit einem

Für ein einwandfreies Ablösen der metallbeschichte- Entwickler, der 1 — 100 ppm an ethoxylierten Alkylphe-

ten Fotoresist-Reliefstruktur ist es allerdings zwingend nolen enthält, entwickelt

erforderlich, daß die Metallauflagen auf den Resist- Für das erfindungsgemäße Verfahren sind prinzipiell

strukturen (4') von denen auf dem Substrat (4) getrennt, 65 alle positiv arbeitenden Fotoresistzusammensetzungen

also nicht miteinander verbunden, sind. Ein Abriß der geeignet, die im wesentlichen auf Gemischen von Phe-

Metallbeschichtung ist, entsprechend den üblichen Be- nol-Formaldehydharzen und lichtempfindlichen o-Chi-

schichtungstechniken wie Metallbedampfung, nur ge- nondiazid-Verbindungen basieren. Insbesondere sind