DE3501848C2

DE3501848C2 -

Info

Publication number: DE3501848C2
Application number: DE19853501848
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dipl.-Phys. Dr. 7803 Gundelfingen De Rothemund; Christian Dipl.-Phys. Dr. 7800 Freiburg De Fritzsche
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1985-01-22
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1990-01-25
Also published as: DE3501848A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ätzmaske durch Ionenstrahllithographie, bei dem auf einen Schichtträger in einem Plasma eine strah lungsempfindliche Polymerschicht aufgebracht wird, bildmäßig bestrahlt und anschließend entwickelt wird.The invention relates to a method for manufacturing an etching mask by ion beam lithography, in which a beam on a substrate in a plasma is applied to the sensitive polymer layer, irradiated imagewise and then developed.

Ein derartiges Verfahren ist aus Thin Solid Films, 83 (1981), Seiten 189 bis 194 bekannt, wobei zur bild mäßigen Bestrahlung Elektronenstrahlen verwendet wer den. Infolge der bei einer Elektronenbestrahlung auf tretenden Rückstreuelektronen ergeben sich Auflösungs verluste. Je nach der Dosis des Elektronenstrahls verhalten sich die in einem Plasma aufgebrachten Poly merschichten als positive oder negative Resistschich ten.One such method is from Thin Solid Films, 83 (1981), pages 189 to 194, with fig moderate radiation electron beam who used the. As a result of electron radiation occurring backscattered electrons result in resolution losses. Depending on the dose of the electron beam behave the poly applied in a plasma layer as a positive or negative resist layer ten.

Aus Solid State Technology, August 1981, Seiten 60 bis 67 sind Verfahren bekannt, bei denen naß aufgebrachte Resistschichten mit Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder Ionenstrahlen strukturiert werden. Insbesondere ist aus der Druckschrift ein positives durch Ionen aus PMMA erzeugtes Muster bekannt, wobei die PMMA-Poly merschicht jedoch nicht in einem Plasma, sondern naß aufgebracht worden ist.From Solid State Technology, August 1981, pages 60 to 67 methods are known in which wet applied Resist layers with electron beams, X-rays or ion beams can be structured. In particular is from the publication a positive ion PMMA generated pattern known, the PMMA poly However, the layer does not get wet in a plasma has been applied.

Auch aus Solid State Technology, Juni 1984, Seiten 145 bis 150 ist die Verwendung von Polymerschichten aus Resist für Ionenstrahlen bekannt. Zusätzlich ist in dieser Druckschrift die trockene Entwicklung in einem Sauerstoff-Plasma beschrieben. Um eine positive Sensi bilisierung zu erhalten, ist es jedoch gemäß diesem Stand der Technik erforderlich, die Polymerschicht naß aufzubringen.Also from Solid State Technology, June 1984, pages 145 to 150 is the use of polymer layers Resist known for ion beams. In addition, in this document the dry development in one Described oxygen plasma. To be a positive sensi to obtain bilization, however, it is according to this State of the art required, the polymer layer wet to apply.

Der BMFT Bericht FB-T 84-182, September 1984 betrifft ebenfalls die Anwendung der Ionenstrahllithographie bei naß aufgebrachten und nicht bei trocken im Plasma abgeschiedenen Schichten.The BMFT report concerns FB-T 84-182, September 1984 also the application of ion beam lithography applied wet and not when dry in plasma deposited layers.

In den Proceedings International Conference on Micro lithography, Microcircuit Engineering 81, September 28-30, 1981, Lausanne, Switzerland, Seiten 337 bis 344 ist ein Verfahren zur Herstellung von VLSI-Schaltungen beschrieben, bei dem eine Polymethylmethacrylat-Schicht einer Ionenbestrahlung von 40 keV Silizium-Ionen aus gesetzt und anschließend eine Entwicklung im Sauer stoff-Plasma durchgeführt wird. Der Schichtträger bzw. das Substratmaterial besteht aus Silizium und die Maskierungsschicht aus Polymethylmethacrylat wird naß, d.h. aus einer Lösung aufgebracht.In the Proceedings International Conference on Micro lithography, Microcircuit Engineering 81, September 28-30, 1981, Lausanne, Switzerland, pages 337 to 344 is a method of manufacturing VLSI circuits described in which a polymethyl methacrylate layer ion radiation of 40 keV silicon ions set and then a development in the Sauer Substance plasma is carried out. The layer support or the substrate material consists of silicon and the Masking layer made of polymethyl methacrylate gets wet, i.e. applied from a solution.

Mit diesem bekannten Verfahren wird zwar gegenüber der Elektronenbestrahlung eine höhere Auflösung erreicht, jedoch ist es dadurch in seiner Anwendung einge schränkt, daß die Maske nur negativ abgebildet werden kann.With this known method is compared to Electron radiation reaches a higher resolution, however, it is thereby used in its application limits that the mask are only displayed negatively can.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der ein gangs genannten Art zu schaffen, das bei im Plasma abgeschiedenen Polymerschichten eine hohe Struktur schärfe und eine Positivtechnik gestattet.The object of the invention is a method of gangs mentioned to create that in the plasma deposited polymer layers have a high structure sharpness and a positive technique allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bestrahlung der im Plasma abgeschiedenen Polymer schicht mit Silber-Ionen und/oder Kupfer-Ionen erfolgt. This object is achieved in that the irradiation of the polymer deposited in the plasma layer with silver ions and / or copper ions.

Durch den Einsatz von Silber-Ionen und/oder Kupfer- Ionen wird die PMMA-Schicht positiv sensibilisiert, so daß beim Entwicklungsvorgang die Beschichtung an den bestrahlten Stellen schneller abgetragen wird als an den unbestrahlten Stellen.By using silver ions and / or copper The PMMA layer is positively sensitized to ions that during the development process the coating on the irradiated areas is removed faster than at the unirradiated places.

Vorzugsweise werden zur Bestrahlung 30 keV Silber-Ionen verwendet. Die Maskierungsschicht kann eine Schicht aus Polymethylmethacrylat oder Polystyrol sein, die inner halb einer elektrischen Entladung durch Plasmapolymeri sation abgeschieden worden sind. Dabei ist es unschäd lich, wenn zur Beschleunigung des Abscheidens der Be schichtung das Substrat innerhalb der Entladung ange ordnet ist und dadurch eine Quervernetzung der Moleküle durch das Ionenbombardement erfolgt. Es hat sich näm lich gezeigt, daß die Negativ-Wirkung der Quervernet zung durch das Ionenbombardement durch die erfindungs gemäß bewirkte positive Sensibilisierung übertroffen wird.30 keV silver ions are preferred for the irradiation used. The masking layer can be a layer of Polymethyl methacrylate or polystyrene, the inner half of an electrical discharge by plasma polymers sation have been deposited. It is harmless Lich if to accelerate the deposition of the loading layering the substrate within the discharge is ordered and thus a cross-linking of the molecules by ion bombardment. It has been Lich shown that the negative effect of cross-linking ion bombardment by the invention positive sensitization caused according to exceeded becomes.

Vorzugsweise erfolgt nicht nur das Beschichten sondern auch das Entwickeln und ggf. das sich an den Entwick lungsvorgang anschließende Ätzen jeweils trocken in einem Plasma. Jedoch ist die Erfindung auch anwendbar, wenn das Entwickeln und/oder das Ätzen in nassen Prozessen erfolgen. Eine Entwicklung im Sauerstoff- Plasma läßt sich beispielsweise dann durchführen, wenn das Substrat Silizium oder Galliumarsenid ist.Preferably not only the coating takes place but also also the development and, if necessary, the development subsequent etching each dry in a plasma. However, the invention is also applicable when developing and / or etching in wet Processes take place. A development in oxygen Plasma can be carried out, for example, when the substrate is silicon or gallium arsenide.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, die mehrere Prozeßschritte schematisch darstellt, näher erläutert. The invention is described below with reference to the drawing, which schematically represents several process steps explained.

In der Zeichnung erkennt man ein Halbleiter-Substrat 1 aus Silizium oder Galliumarsenid, das im Rahmen der Ionenstrahllithographie durch mehrere trockene Prozeß folgen bearbeitet wird.In the drawing you can see a semiconductor substrate 1 made of silicon or gallium arsenide, which is processed in the context of ion beam lithography by several dry processes follow.

Beim ersten Verfahrensschritt wird das Halbleiter-Sub strat 1 als Schichtträger mit einer Polymerschicht 2 von 0,2 µm Dicke überzogen. Die Polymerschicht 2 wird trocken durch Plasmapolymerisation aufgebracht, indem man im Dampf des monomeren Methylmethacrylats (MMA) bei vermindertem Druck die Polymerisation mittels einer elektrischen Entladung auslöst, wobei sich Polymethyl methacrylat (PMMA) in fester Form auf der Oberfläche 3 abscheidet. Dabei brennt die Entladung zwischen zwei Platten, von denen eine geerdet ist. Das Halbleiter- Substrat 1 befindet sich auf einer der Platten. Zur Beschichtung wird in eine in der Zeichnung nicht darge stellte Entladungskammer MMA-Dampf eingelassen und ein Druck von 0,1 hPa aufrechterhalten.In the first process step, the semiconductor substrate 1 is coated as a layer support with a polymer layer 2 of 0.2 μm thickness. The polymer layer 2 is applied dry by plasma polymerization by triggering the polymerization in the vapor of the monomeric methyl methacrylate (MMA) at reduced pressure by means of an electrical discharge, with polymethyl methacrylate (PMMA) being deposited on the surface 3 in solid form. The discharge burns between two plates, one of which is grounded. The semiconductor substrate 1 is located on one of the plates. For coating, MMA steam is let into a discharge chamber not shown in the drawing and a pressure of 0.1 hPa is maintained.

Das Halbleiter-Substrat 1 ist bei einer solchen Be schichtung innerhalb der Entladung angeordnet, so daß ein schnelleres Abscheiden erfolgt, wobei das Ionen bombardement bereits eine Quervernetzung der Moleküle bewirkt.The semiconductor substrate 1 is arranged with such a coating within the discharge, so that a faster deposition takes place, the ion bombardment already causing cross-linking of the molecules.

Eine strahlungsempfindliche Maskierungsschicht kann auch in einem Styrol-Plasma erzeugt werden, wobei sich auf der Oberfläche 3 Polystyrol in fester Form abschei det. A radiation-sensitive masking layer can also be produced in a styrene plasma, 3 polystyrene in solid form being deposited on the surface.

Eine innerhalb der Entladung abgeschiedene Polymethyl methacrylat-Schicht zeichnet sich durch eine große Härte und Resistenz gegen die weiter unten erwähnte Substratätzung aus und gestattet eine trockene Prozeß folge nur aus Vakuumprozessen, die leicht automatisier bar ist.A polymethyl deposited within the discharge methacrylate layer is characterized by a large Hardness and resistance to the one mentioned below Substrate etching and allows a dry process follow only from vacuum processes that are easily automated is cash.

Nach der Abscheidung der Polymerschicht 2, insbesondere der PMMA-Schicht, wird in diese die gewünschte Struktur durch Bestrahlung mit 30 keV Silber-Ionen 4 einge schrieben. Wie in der Zeichnung erkennbar ist, werden hierbei nur bestimmte Teile der Polymerschicht 2 be strahlt. Die Silber-Ionenstrahlung bewirkt eine posi tive Sensibilisierung der Polymerschicht 2 und hebt die Negativ-Wirkung der Quervernetzung beim Ionenbombarde ment bei einer Plasmapolymerisation auf. Die positiv sensibilisierten Bereiche der Polymerschicht 2 sind in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 5 versehen. An Stelle der Bestrahlung durch Silber-Ionen 4 ist es auch möglich, Kupfer-Ionen zu verwenden, jedoch bewirken diese eine geringere positive Sensibilisierung als die Silber-Ionen 4.After the deposition of the polymer layer 2 , in particular the PMMA layer, the desired structure is written into it by irradiation with 30 keV silver ions 4 . As can be seen in the drawing, only certain parts of the polymer layer 2 are radiated here. The silver ion radiation brings about a positive sensitization of the polymer layer 2 and cancels out the negative effect of the crosslinking during ion bombardment in a plasma polymerization. The positively sensitized areas of the polymer layer 2 are provided with the reference number 5 in the drawing. Instead of the irradiation by silver ions 4 , it is also possible to use copper ions, but these cause less positive sensitization than the silver ions 4 .

Nachdem bestimmte Teile der Polymerschicht 2 durch lokale Bestrahlung mit Silber-Ionen 4 positiv sensibi lisiert worden sind, erfolgt in dem nächsten in der Zeichnung dargestellten Verfahrensschritt eine Entwick lung. Vorzugsweise wird die Entwicklung trocken im Sauerstoff-Plasma durchgeführt. Die Entwicklungszeit beträgt etwa 3 Minuten, wobei eine Entwicklung sowohl im Plattenreaktor als auch im Tunnelreaktor durchge führt werden kann. Bei der Plasmaentwicklung entsteht ein positives Bild des eingestrahlten Musters, wobei die Polymerschicht 2 an den Stellen 6 stehenbleibt und Öffnungen 7 entsprechend dem positiven Bild des einge strahlten Musters in der Polymerschicht 2 erzeugt werden. Dies ergibt sich dadurch, daß an den unbe strahlten Stellen 6 beim Entwickeln die Polymerschicht 2 langsamer abgetragen wird als im Bereich der Öff nungen 7.After certain parts of the polymer layer 2 have been positively sensitized by local irradiation with silver ions 4 , development takes place in the next process step shown in the drawing. The development is preferably carried out dry in the oxygen plasma. The development time is about 3 minutes, and development can be carried out both in the plate reactor and in the tunnel reactor. In the plasma development of a positive image of the irradiated pattern, the polymer layer 2 stops at the points 6 and openings 7 are generated corresponding to the positive image of the irradiated pattern in the polymer layer 2 is formed. This results from the fact that the polymer layer 2 is removed more slowly at the unexposed areas 6 during development than in the area of the openings 7 .

Statt einer trockenen Entwicklung durch eine in Sauer stoff bei vermindertem Druck erzeugte elektrische Ent ladung (Plasmaentwicklung) ist auch eine Entwicklung mit Hilfe eines Lösungsmittels möglich, jedoch wird hierdurch die trockene Prozeßfolge unterbrochen.Instead of dry development by one in Sauer electrical Ent generated at reduced pressure Charge (plasma development) is also a development possible with the help of a solvent, however this interrupts the dry process sequence.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spiel der Erfindung erfolgt im Anschluß an die vorzugs weise durchgeführte Plasmaentwicklung vorzugsweise eine Plasma-Ätzung des Substrats 1. Die an den unbestrahlten Stellen 6 zurückgebliebene Schicht ist stabil genug, um gegen eine Plasma-Ätzung des Halbleiter-Substrates 1 bis zu einer Tiefe von 1,5 µm in SF₆, CHF₃, CCl₄ oder SiCl₄ zu maskieren. Bei einer trockenen Prozeßfolge kann die Plasma-Ätzung unmittelbar an das Ende der Plasmaentwicklung angeschlossen werden, das dann er reicht ist, wenn im positiv sensibilisierten Bereich 5 die Polymerschicht 2 bis zur Oberfläche 3 abgetragen ist.In the exemplary embodiment of the invention shown in the drawing, a plasma etching of the substrate 1 is preferably carried out following the preferred plasma development. The layer remaining at the unirradiated areas 6 is stable enough to be masked against plasma etching of the semiconductor substrate 1 to a depth of 1.5 μm in SF ₆ , CHF ₃ , CCl ₄ or SiCl ₄ . In the case of a dry process sequence, the plasma etching can be connected directly to the end of the plasma development, which is then sufficient if the polymer layer 2 has been removed to the surface 3 in the positively sensitized area 5 .

Statt die durch die Fenster 7 freigelegten Stellen des Halbleiter-Substrates 1 einer Plasma-Ätzung zu unter ziehen, können selbstverständlich auch andere techno logische Prozesse an die Entwicklung angeschlossen werden. Instead of subjecting the areas of the semiconductor substrate 1 exposed by the window 7 to plasma etching, other technological processes can of course also be connected to the development.

Dadurch, daß bei der Exponierung der Maskierungsschicht eine Ionenbestrahlung statt einer Elektronenbestrahlung erfolgt, ergibt sich wegen des Fehlens von Rückstreu- Elektronen eine wesentlich höhere Strukturschärfe.In that when the masking layer is exposed ion radiation instead of electron radiation due to the lack of backscatter Electrons have a much higher structure sharpness.

Claims

1. A method for producing an etching mask by ion beam lithography, in which a radiation-sensitive polymer layer is applied to a layer support in a plasma, irradiated imagewise and then developed, characterized in that the irradiation of the polymer layer deposited in the plasma with silver ions and / or Copper ions occur.

2. The method according to claim 1, characterized ge indicates that 30 keV for irradiation Silver ions are used.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the deposition of the Polymer layer in methyl methacrylate plasma follows.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the deposition of the Polymer layer takes place in the styrene plasma.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Ent winding is carried out in oxygen plasma.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as Layer support silicon or gallium arsenide ver is applied.

7. The method according to claim 6, characterized ge indicates that the pattern of the struktu masked layer by plasma etching the semiconductor substrate is transferred.