DE3785322T2 - Mehrschichtstruktur und Herstellungsverfahren. - Google Patents
Mehrschichtstruktur und Herstellungsverfahren.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Bereitstellung von Mehrschichtstrukturen und mit der Herstellung derartiger Strukturen.
- Die photolithographische Behandlung ist eines der kritischeren Verfahren bei der Herstellung von integrierten Schaltungen. Zum Beispiel erfordern die photolithographischen Prozesse in mikroelektronischen Schaltungen Präzision und Zuverlässigkeit bei der Ausrichtung der verwendeten Photomasken. Dementsprechend wurde über Jahre viel Arbeit geleistet, um die Anzahl der erforderlichen Ausrichtungsstufen so weit wie möglich zu minimieren.
- Ein Verfahren, daß zur Reduzierung der Photomaskenbearbeitungszeit vorgeschlagen wurde, besteht darin, eine mehrschichtige Mehrdichte-Photolackmaske zu liefern. Eine derartige Maske umfaßt ein Substrat eines transparenten Materials, an vorher festgelegten Orten beschichtet mit einer Schicht eines semitransparenten Materials und einer Schicht eines anderen Materials, das undurchsichtig ist. Das Ziel derartiger Masken mit teilweise transparenten Gebieten besteht darin, einen Teil des Photolacks, der unterhalb der Maske liegt, der entwickelt wird, partiell zu belichten. Die Anwendung von Mehrdichte-Photolackmasken beinhaltet die Entfernung des Photolacks, der entwickelt wird, in zwei oder mehr Stufen. Insbesondere wird der vollständig entwickelte Photolack am Anfang entfernt und die Gebiete, die in der herzustellenden Schaltung belichtet werden, werden dann geätzt. Als nächstes wird der teilweise belichtete Photolack entfernt, und dann werden verschiedene Gebiete belichtet und können bei der Herstellung der gewünschten Schaltung geätzt werden.
- Vorschläge von Beispielen zu Mehrdichte-Photomasken können in Cook u. Mitarb., "Multi-layer Semitransparent Photomask", "IBM Technical Disclosure Bulletin", Bd. 15, Nr. 5, Oktober 1972, Seiten 1465-1466, und Abolafia u. Mitarb., "Dual-Density Mask for Photoresist", "IBM Technical Disclosure Bulletin", Bd. 19, Nr. 12, Mai 1977, Seite 4539, gefunden werden.
- Die vorliegende Technologie könnte, was Mehrdichte-Photomasken anbelangt, als Verbesserung gelten, besonders was es anbetrifft, fähig zu sein, hohe Selektivität zu erbringen, um die gewünschten Muster in den verschiedenen Schichten gleichmäßig und reproduzierbar ohne die Notwendigkeit des Zurückgreifens auf komplexe und zeitraubende Bearbeitungstechniken zu erzeugen. Zum Beispiel verwenden die vorliegenden Maskenherstellungsverfahren entweder ein Subtraktiv-Ätzverfahren, um das unerwünschte Metall zu entfernen oder ein Abhebeverfahren, wo zuerst eine vorstehende Schablone geschaffen wird, das Metall durch die Schablone verdampft wird, und die Schablone entfernt wird. Die Probleme mit diesen Verfahren für Mehrdichte-Masken sind die, daß das vorliegende Subtraktivverfahren nicht selektiv genug ist, um das Ätzen beider verwendeter Materialien zu vermeiden. Auf der anderen Seite erfordert das Abhebeverfahren erhöhte Komplexität und mehr Prozeßstufen und ist folglich relativ teuer.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mehrschichtstrukturen, die durch relativ einfache und zeitsparende Verfahren reproduzierbar gebildet werden, zu liefern. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Verfahren zur Bildung von Mehrschichtstrukturen zu liefern.
- Diese Aufgaben werden durch Mehrschichtstrukturen - wie in Anspruch 1 definiert - und durch Verfahren - wie in Anspruch 6 und 10 definiert - erreicht.
- Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Struktur und der erfindungsgemäßen Verfahren werden in den Unteransprüchen offenbart.
- Die Erfindung wird durch die folgende detaillierte Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gemacht wird, offensichtlicher werden.
- Fig. 1-5 erläutern das bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Erstellung der bevorzugten Photolackmaske, die Kupfer als undurchsichtigen Teil enthält.
- Fig. 6-8 sind schematische Darstellungen, die die Herstellung von Mehrdichte-Photomasken der vorliegenden Erfindung erläutern.
- Die transparenten dielektrischen Substrate, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, haben einen Mindestdurchlässigkeitsgrad von etwa 90% und vorzugsweise einen Mindestdurchlässigkeitsgrad von etwa 95%. Beispiele geeigneter dielektrischer Substrate sind Quarz und Glas, wie zum Beispiel Borsilikatglas.
- Die Schicht, die gemäß der vorliegenden Erfindung für die semitransparenten Teile der Maske sorgt, muß eine nickelhaltige Stahllegierung sein und vorzugsweise eine nickelhaltige Stahllegierung, die mindestens etwa 45 Gewichts-% Nickel enthält, wie zum Beispiel die verschiedenen "Inconel"-Legierungen¹). Derartige Legierungen enthalten vorzugsweise auch mindestens etwa 10 Gewichts-% Chrom. Beispiele einiger spezifischer nickelhaltiger Stahllegierungen umfassen "Inconel", das etwa 78% Nickel und etwa 15% Chrom enthält, "Inconel X", das etwa 73%
- 1) Legierungen vertrieben durch "Inco" ("Inco Ltd.", Toronto, Ontario (Kanada))
- Nickel und etwa 15% Chrom enthält, "Inconel X550", das etwa 73% Nickel und etwa 15% Chrom enthält, "Inconel 700", das etwa 45% Nickel und etwa 15% Chrom enthält und "Inconel A", das etwa 75- 78% Ni und etwa 10% Cr enthält. Es ist wesentlich, daß die semitransparente Schicht eine nickelhaltige Stahllegierung ist, da solche für Gleichmäßigkeit in der Anwendung als Photomaske eine flache oder gleichmäßige Reaktion über den gesamten UV-Bereich liefert, wohingegen andere Stahllegierungen solche gleichmäßige Reaktion nicht liefern.
- Die nickelhaltige Stahllegierung kann auf dem dielektrischen Substrat mit der Schicht aus Chrom und/oder Kupfer über der nickelhaltigen Stahllegierung oder umgekehrt bereitgestellt werden.
- Die nickelhaltige Stahllegierung wird im allgemeinen in Schichtdicken von etwa 10 nm bis etwa 200 nm und vorzugsweise von etwa 40 nm bis etwa 120 nm angewendet. Die nickelhaltige Stahllegierungsschicht kann durch gut bekannte Metallsputtertechniken auf dem Glas bereitgestellt werden und muß hier nicht in irgendeinem großen Detail diskutiert werden. Zusätzlich sind die Produkte der nickelhaltigen Stahllegierung, die auf Glassubstrate aufgetragen sind, kommerziell erhältlich, wie zum Beispiel von "Ditric Optics" unter der Handelsbezeichnung "Inconel Filters".
- Das Metallteil zum Herstellen des undurchsichtigen Teils der Maske besteht aus Chrom und/oder Kupfer und besteht vorzugsweise aus Kupfer. Es wurde gemäß der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß, wenn Kupfer verwendet wird, Kupfer und die nickelhaltige Legierung durch unterschiedliche Lösungen unterschiedlich geätzt werden, wodurch ein hohes Ätzgeschwindigkeitsverhältnis zwischen den beiden hergestellt wird. Dies sorgt für Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit beim Bereitstellen der gewünschten Photomaske. Insbesondere besteht eine hohe Selektivität zwischen dem Ätzen des Kupfers und der nickelhaltigen Stahllegierung. Dementsprechend kann die Photomaske, wenn Kupfer verwendet wird, um die undurchsichtigen Teile bereitzustellen, durch Anwendung relativ einfacher Subtraktiv-Ätztechniken hergestellt werden. Kupfer kann mit Eisen(III)-chlorid, wie zum Beispiel einer wäßrigen Lösung mit 1-5 Volumen-% Eisen(III)-chlorid oder Kupfersulfat-Ätzmittel geätzt werden, welche die tiefer liegende nickelhaltige Stahllegierung nicht stört oder ätzt. Zusätzlich kann die nickelhaltige Stahllegierung zum Beispiel mit einer wäßrigen HCl/NaCl-Lösung geätzt werden, wie zum Beispiel mit einer, die etwa 1 N HCl und etwa 5 N NaCl enthält, die die darüberliegende Kupferschicht nicht ätzt. Beim Ätzen des Stahles werden im allgemeinen erhöhte Temperaturen, wie zum Beispiel etwa 40ºC angewendet. Dementsprechend wird die Anwendung des Kupfers als undurchsichtiger Teil gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt und sorgt für hohe Selektivität, die mit vorgeschlagenen Materialien für Mehrdichte-Photomasken weder nach dem Stand der Technik noch durch Anwendung des Chroms oder Mischungen von Chrom und Kupfer gemäß dem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung erreichbar ist.
- Trotzdem ist dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung, der Chrom und/oder Mischungen von Chrom mit Kupfer anwendet, vorteilhaft, da zum Beispiel die Gegenwart der nickelhaltigen Stahllegierung bewirkt, irgendwelche Fehlstellen in der chromhaltigen Schicht auf ein Minimum herabzusetzen, da weniger Licht in der Lage sein wird, die Fehlstellen zu durchdringen. Dementsprechend ist die letztendliche Prozeßausbeute erhöht. Zusätzlich kann die chromhaltige Mehrdichte-Photomaske gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, ohne die relativ komplexen und teuren Abhebe-Techniken zu erfordern, die man früher anwendete, die sowohl die Schaffung einer vorstehenden Schablone erforderten, als auch spezifische Verfahren zur Entfernung der Schablone benötigten, wie zum Beispiel eine Vorrichtung zum reaktiven Ionenstrahlätzen.
- Die Kupfer- und/oder Chromschichten werden im allgemeinen in Schichtdicken von etwa 100 nm bis etwa 500 nm und vorzugsweise von 200 nm bis etwa 400 nm bereitgestellt.
- Die zur Behandlung der Strukturen der vorliegenden Erfindung angewendeten Photolacke können positive oder negative Photolacke sein.
- Beispiele einiger negativer oder photohärtbarer Photolacke werden in den US-Patentschriften 3 469 982; 3 526 504; 3 867 153 und 3 448 098 und in der veröffentlichten Europäischen Patentanmeldung 0049504 offenbart, deren Offenbarung hierin durch Referenz einbezogen wird. Polymere aus Methylmethacrylat und aus Glyzidylacrylat und/oder aus einem Polyacrylat, wie zum Beispiel Trimethylolpropantriacrylat und Pentaerythritoltriacrylat sind kommerziell erhältlich von "E.I. Du Pont de Nemours and Company" unter der Handelsbezeichnung "Riston".
- Beispiele positiver Photolacke sind jene, die auf Phenol-Formaldehyd-Novolak-Polymeren basieren. Besondere Beispiele solcher sind die "Shipley-AZ"-Typen, die m-Kresol-Formaldehyd-Novolak- Polymerzusammensetzungen sind. Derartige beinhalten darin ein Diazoketon, wie zum Beispiel 2-Diazo-1-Naphthol-5-Sulfonsäureester.
- Zum Vorteil für die Offenbarung der Prozeßaspekte der vorliegenden Erfindung richten sich die nachfolgenden Diskussionen auf die bevorzugten Aspekte der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Stahlschicht auf dem transparenten Substrat, zwischen dem transparenten Substrat und dem Kupfer und/oder Chrom liegend, befindet.
- Jedoch wird verstanden, daß die Kupfer- und/oder Chromschicht zwischen dem transparenten Substrat und der nickelhaltigen Stahllegierung anwesend sein kann, wenn es gewünscht wird. In solchem Fall wird die Reihenfolge der Bereitstellung des Kupfers und/oder des Chroms und der Stahllegierung umgekehrt sein.
- Verwiesen wird auf die Fig. 1 bis 5, welche schematische Diagramme der Herstellung der Strukturen der vorliegenden Erfindung sind, wobei Kupfer angewendet wird. Insbesondere wird eine nickelhaltige Stahllegierung 2, wie zum Beispiel "Inconel A", die etwa 80 nm dick ist, auf ein transparentes Glassubstrat 1, welches eine Dicke von etwa 2,29 mm besitzt, aufgesputtert. Als nächstes wird Kupfer 3 auf das "Inconel" 2 etwa bis 0,15 bis etwa 0,25 um dick aufgesputtert, wofür etwa 0,2 um typisch sind. Eine Photolackschicht 4, wie zum Beispiel der positive Photolack AZ-4110 von "Shipley" wird zum Beispiel durch Aufschleudern auf das Kupfer 3 aufgebracht, um eine Schichtdicke von etwa 1 bis etwa 1,5 um zu liefern. Der Photolack 4 wird dann für etwa 20 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von etwa 80ºC bis etwa 100ºC und vorzugsweise 80ºC bis etwa 90ºC wärmebehandelt. Die Photolackschicht 4 wird photochemisch wirksamer Strahlung ausgesetzt und entwickelt, zum Beispiel mit einer 0,2 N Kaliumhydroxid-Lösung.
- Als nächstes wird, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die Kupferschicht unter Anwendung einer wäßrigen Eisen(III)-chlorid-Lösung mit etwa 1-5 Volumen-% Eisen(III)-chlorid etwa bei Raumtemperatur geätzt. Diese Lösungen ätzen das Kupfer 3, ohne sich auf die tiefer liegende "Inconel"-Schicht 2 auszuwirken.
- Als nächstes wird, wie in Fig. 2 veranschaulicht, die "Inconel"-Schicht 2 unter Anwendung einer wäßrigen HCl/NaCl-Lösung, die etwa 1 N HCl und etwa 5 N NaCl enthält, bei etwa 40ºC geätzt. Diese Lösung ätzt das "Inconel", ohne sich auf das anwesende Kupfer auszuwirken.
- In den bevorzugten Aspekten der vorliegenden Erfindung wird der Photolack 4 abgelöst, und das Substrat wird anschließend mit einem zweiten Photolack 5 beschichtet, und dann wird der Photolack für etwa 20 bis 30 Minuten bei einer Temperatur von etwa 80ºC bis etwa 100ºC und vorzugsweise bei 80ºC bis etwa 90ºC thermisch behandelt. Der Photolack wird in einer Dicke von etwa 1 um bereitgestellt.
- Die Photolackschicht 5, wie in Fig. 3 veranschaulicht, wird dann belichtet und entwickelt, um das Kupfer 3 in jenen Gebieten zu belichten, wo es gewünscht wird, daß später ein partieller Durchlässigkeitsgrad geliefert wird.
- Das Kupfer 3, das belichtet ist, wird dann unter Anwendung einer wäßrigen Eisen(III)-chlorid-Lösung, die etwa 1-5 Volumen-% Eisen(III)-chlorid enthält, etwa bei Raumtemperatur geätzt. Die Ätzgeschwindigkeit beträgt etwa 800 nm pro Minute. Siehe Fig. 4. Das "Inconel" ist links durch die Eisen(III)-chlorid-Lösung nicht beschädigt. Der Photolack 5 wird dann abgelöst, zum Beispiel durch Anwendung einer Kaliumhydroxid-Lösung, und hinterläßt die in Abbildung 5 veranschaulichte Struktur.
- Die Fig. 6-8 sind schematische Diagramme, die die Herstellung von Mehrdichte-Photomasken gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen, die Kupfer und/oder Chrom als undurchsichtigen Teil anwenden. Eine nickelhaltige Stahllegierung 6, wie zum Beispiel "Inconel A" wird auf ein transparentes dielektrisches Substrat 7, wie zum Beispiel Quarz oder Glas, durch eine bekannte Technik, wie zum Beispiel Sputtern, in einer Schichtdicke von etwa 80 nm aufgetragen. Zusätzlich kann das mit "Inconel" beschichtete Substrat kommerziell erworben werden, wie zum Beispiel von "Ditric Optics" unter der Handelsbezeichnung "Inconel Filters".
- Ein Photolack (nicht abgebildet) wird auf dem "Inconel" 7 aufgetragen und dann belichtet und entwickelt, um die "Inconel"- Schaltungsstruktur 6, veranschaulicht in Fig. 6, zu erzeugen. Dann wird das "Inconel" geätzt und der Photolack entfernt.
- Als nächstes wird eine relativ dicke Photolackschicht von ungefähr 3 um über dem gesamten Substrat und der "Inconel"-Struktur 6 aufgetragen und für etwa 20-30 Minuten bei einer Temperatur von etwa 80ºC bis etwa 100ºC und vorzugsweise bei etwa 80ºC bis etwa 90ºC leicht wärmebehandelt.
- Dann wird der Photolack 8 belichtet und entwickelt, so daß Flächen, wo die undurchsichtigen Teile gewünscht werden, entfernt werden, wie in Fig. 7 veranschaulicht wird. Dann wird Chrom und/oder Kupfer 9 in einer Schichtdicke von etwa 80 bis etwa 400 nm und vorzugsweise von etwa 80 bis etwa 200 nm auf das Substrat 7 aufgebracht, wobei "Inconel" 6 und der Photolack 8 übrigbleiben. Das Kupfer und/oder Chrom kann durch Sputtern und/oder Aufdampftechniken bereitgestellt werden.
- Als nächstes wird die Struktur in eine Lösung getaucht, die den restlichen Photolack ablösen wird, wodurch Kupfer und/oder Chrom, das über dem Photolack übriggeblieben ist, entfernt, während das Kupfer und/oder Chrom in jenen Gebieten, wo der Photolack nicht anwesend ist, zurückgelassen wird. Einige kommerziell erhältliche Lösungen zum Ablösen des Photolacks enthalten J100¹), wenn ein positiver Photolack angewendet wird und A20²), wenn ein negativer Photolack, wie zum Beispiel KTFR-Polyisopren (von Kodak) angewendet wird.
- 1) Vermarktet durch "Indust-Ri-Chem Laboratory" Nichtflüchtige Bestandteile: das Na-Salz eines Alkylnaphthalinsulfonates und die freie Sulfonsäure, Flüchtige Bestandteile: Tetrachlorethylen, Dichlorbenzen und Phenol
- 2) Vermarktet durch "Allied Chemical Co." Nichtflüchtiges Material ähnlich der Dodecylbenzensulfonsäure (IR-Spektrum), Flüchtiger Anteil: Perchlorethylen, o-Dichlorbenzen, Phenol, Wasser
Claims (11)
1. Mehrschichtstruktur, bestehend aus einem durchlässigen
dielektrischen Substrat, vorzugsweise Glas oder Quarz,
welches einen Mindestdurchlässigkeitsgrad von etwa 90%
besitzt;
einer Schicht einer nickelhaltigen Stahllegierung;
und
einer Schicht eines Metalls, ausgewählt aus der Gruppe
Cu, Chrom und Mischungen davon.
2. Mehrschichtstruktur nach Anspruch 1, wobei jede Schicht der
nickelhaltigen Stahllegierung und der Schicht aus Kupfer
und/oder Chrom in einer vorher festgelegten Struktur
hergestellt wird, welche kleiner als die Gesamtfläche des
Substrates ist, um eine Mehrdichte-Photomaske zu erstellen.
3. Struktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die Schicht
einer nickelhaltigen Stahllegierung und die Schicht aus einem
Metall, gewählt aus der Gruppe Cu, Chrom, und Mischungen
daraus, auf dem dielektrischen Substrat befinden, wobei die
Metallschicht auf die Stahlschicht oder umgekehrt
aufgebracht wird.
4. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Stahllegierung mindestens etwa 45% Nickel enthält.
5. Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Stahl
weiterhin mindestens etwa 10% Chrom enthält und vorzugsweise
ein "Inconel"-Stahl ist.
6. Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur, wie
einer Mehrdichte-Photomaske, welches folgende Schritte umfaßt:
a) Erstellen eines transparenten dielektrischen
Substrates, vorzugsweise aus Glas oder Quarz, welches
einen Mindestdurchlässigkeitsgrad von etwa 90% besitzt,
welches darauf eine Schicht einer nickelhaltigen
Stahllegierung und eine Schicht aus einem Metall, ausgewählt
aus der Gruppe Cu, Chrom und Mischungen davon, besitzt,
wobei die Schicht der Stahllegierung auf der
Metallschicht oder umgekehrt abgelagert wird;
b) Herstellung einer Schicht aus
Photolackmaterial auf der in Schritt (a) bereitgestellten Struktur;
c) Belichten und Entwickeln besagter Schicht aus
Photolackmaterial;
d) selektives Ätzen des belichteten Teiles des
Metalls oder der nickelhaltigen Stahllegierung;
e) selektives Ätzen des belichteten Teiles des
Metalls oder der nickelhaltigen Stahllegierung, der
nicht in Schritt (d) geätzt wurde;
f) Belichten und Entwickeln des Photolacks auf
der Schicht des Metalls oder der nickelhaltigen
Stahllegierung, die in Schritt (d) geätzt wurden;
g) selektives Ätzen des belichteten Teiles des
Metalls oder der nickelhaltigen Stahllegierung des
Schrittes (f); und
h) Entfernung des Photolacks.
7. Prozeß nach Anspruch 6, bei dem das in den Schritten (d) und
(g) geätzte Material das Metall und das im Schritt(e)
geätzte Material die nickelhaltige Stahllegierung ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur, wie
einer Mehrdichte-Photomaske, welches folgende Schritte umfaßt:
a) Herstellung einer ersten metallischen Schicht
aus einer nickelhaltigen Stahllegierung oder einer
ersten metallischen Schicht aus einem Metall, ausgewählt
aus der Gruppe Cu, Chrom, und Mischungen davon, auf
einem transparenten dielektrischen Substrat, vorzugsweise
aus Glas oder Quarz, welches einen
Mindestdurchlässigkeitsgrad von etwa 90% besitzt;
b) Herstellung einer ersten Schicht aus
Photolackmaterial auf der ersten metallischen Schicht;
c) Belichten und Entwickeln der ersten Schicht
des Photolacks;
d) Ätzen des belichteten Teiles der ersten
metallischen Schicht;
e) Herstellung einer zweiten Schicht aus
Photolackmaterial auf dem Substrat und der ersten
metallischen Schicht;
f) Belichten und Entwickeln der zweiten Schicht
aus Photolack, wodurch das Photolackmaterial von vorher
festgelegten Gebieten entfernt wird;
g) Auf dem Substrat, der ersten metallischen
Schicht und der zweiten Schicht aus Photolack
Herstellung einer zweiten metallischen Schicht einer
nickelhaltigen Stahllegierung oder eines Metalls, gewählt aus
der Gruppe Kupfer, Chrom und Mischungen davon, welche
dem Metall der ersten metallischen Schicht gegenüber
liegt;
h) Ablösen der zweiten Schicht des
Photolackmaterials und dadurch Entfernen des Teiles der zweiten
metallischen Schicht, der sich oberhalb der zweiten
Schicht aus Photolackmaterial befindet und Zurücklassen
der zweiten metallischen Schicht in den vorher
festgelegten Gebieten.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erste metallische
Schicht die nickelhaltige Stahllegierung ist, und die zweite
metallische Schicht Kupfer oder Chrom oder Mischungen davon
sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die
Stahllegierung mindestens etwa 45% Nickel enthält.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Stahl
weiterhin mindestens 10% Chrom enthält und vorzugsweise ein
"Inconel"-Stahl ist.
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