DE4216888C2 - Verfahren zur Bildung einer Resiststruktur - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung einer Resiststruktur. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Bildung einer Resiststruktur mit geringer Strukturgröße unter Anwendung einer Silylierung.

Seit einiger Zeit werden integrierte Schaltungen (IC) mit einem Transistor, einem Widerstand, einem Kondensator o. ä. auf einem Chip für Anwendungen der Informations- und Kommunikationstech­ nik, auch für viele industrielle Anwendungen verwendet. Die IC haben alle Arten industrieller Anwendungen zu höherer Präzision und Intelligenz geführt. Die IC wurden mit Steigerung der Inte­ grationsdichte zu LSI, VLSI und ULSI weiterentwickelt.

Um 1970 waren auf einem IC Tausende von Transistoren auf eini­ gen mm² Chipfläche integriert. Derzeit sind auf einem Chip mehr als eine Million Transistoren integriert. In der Zwischenzeit hat sich die Breite von in einem IC gebildeten Verbindungen von etwa 10 µm auf nicht mehr als 1 µm verringert.

Durch die Miniaturisierung der in einem IC gebildeten Elemente und die Erhöhung der Integrationsdichte können viele Vorteile erreicht werden. Da die Größe eines Elements geringer wird, kann ein IC kompakter und leichter sein, und auch die Herstel­ lungskosten können verringert werden. Außerdem sind infolge der Vereinigung von mehr Elementen weniger durch Löten o. ä. gebil­ dete Verbindungen erforderlich, und damit erhöht sich die Zu­ verlässigkeit der IC.

Weiterhin wird, wenn die Länge von Verbindungen zwischen den Elementen infolge der erhöhten Integrationsdichte kürzer wird, die zur Verarbeitung von Signalen in einem IC benötigte Zeit erheblich verkürzt, was auch zu einer Verringerung des Lei­ stungsverbrauchs führt. Im Falle etwa einer integrierten MOS- Schaltung ist bei der Verringerung der Elementabmessungen, wenn die Abmessung eines Elementes 1/k ist, die Ansprechzeit 1/k, und der Leistungsverbrauch wird auf 1/k² pro Element ver­ ringert.

Das Anwachsen der Anzahl von Elementen in einem Chip bei der Erhöhung der Integrationsdichte eines IC hängt von der Techno­ logie zur Bildung vieler feiner Strukturen auf einem Wafer ab. Im Rahmen der Technologie ist der Prozeß, in dem ein Resist auf einem Wafer aufgebracht und in eine gewünschte Gestalt strukturiert wird, der Schlüssel zur Bildung sehr kleiner Strukturen. Der Prozeß muß meist zehn und mehr Male wiederholt werden, bis ein VLSI fertiggestellt ist.

Wenn beispielsweise ein Transistor auf einem Siliciumsubstrat gebildet wird, werden in dem in Fig. 1 gezeigten Schritt unter Verwendung eines Resists ein Source-Abschnitt und ein Drain-Ab­ schnitt gebildet. Wie Fig. 1 zeigt, wird zuerst ein Silicium­ substrat 11, auf dem eine Oxidschicht 18 gebildet ist, präpa­ riert (Fig. 1A). Eine Photoresistschicht 12 wird auf die Oxid­ schicht 18 aufgebracht (Fig. 1B). Eine Photomaske 13 wird über der Photoresistschicht 12 angeordnet, und ultraviolette Strahlen 14 werden auf die Photoresistschicht durch die Photo­ maske 13 gerichtet (Fig. 1C). Nach Entwickeln und Backen wird eine Resiststruktur 12′ mit einer vorbestimmten Gestalt erhalten (Fig. 1D). Dann wird ein Ätzen ausgeführt, und nur der Ab­ schnitt der Oxidschicht, der nicht mit der Resiststruktur 12′ bedeckt ist, wird entfernt (Fig. 1E). Nachdem die Resiststruktur durch Plasma-Veraschung entfernt wurde, werden Verunrei­ nigungen bzw. Dotierungsstoffe in den unbedeckten Abschnitt des Siliciumsubstrates diffundiert, um einen Source-Abschnitt 19 und einen Drain-Abschnitt 20 zu bilden (Fig. 1F).

Um eine Verbindung auf dem Substrat herzustellen, kann bei­ spielsweise ein Schritt wie in Fig. 2 angewandt werden. Wie Fig. 2 zeigt, wird zuerst auf einem Substrat 21 eine Alumi­ niumschicht 30 abgeschieden (Fig. 2A). Wie in Fig. 2B ge­ zeigt, werden, nachdem eine Resistschicht 22 auf der Aluminium­ schicht 30 gebildet wurde, ultraviolette Strahlen 24 durch die Photomaske 23 auf die Resistschicht 22 gerichtet (Fig. 2C). Dann werden ein Entwickeln und Backen ausgeführt, um eine Re­ siststruktur 22′ zu erhalten (Fig. 2D). Nachdem nur die unbe­ deckte Aluminiumschicht durch Ätzen entfernt und dann die Re­ siststruktur durch Plasma-Veraschung entfernt wurde, hat man eine Verbindungsschicht 30 mit einer gewünschten Gestalt erhalten (Fig. 2E).

Beim oben beschriebenen Verfahren ist es offensichtlich, daß die Größe der zu bildenden Elemente und die (Struktur-)Breite einer Verbindungsschicht von der Größe bzw. Strukturabmessung der Resiststruktur abhängt. Um ein kleineres Element und eine schmalere Verbindung zu bilden, ist es erforderlich, eine feine­ re Resiststruktur herzustellen. Daher ist die Technologie der Verarbeitung einer Resistschicht sehr wichtig für die Erhöhung der Integrationsdichte von ICs.

Als eine der Technologien zur Bildung einer feineren Resist­ struktur dienen Verfahren unter Anwendung einer Silylierung und Trockenentwicklung. Eines der bekanntesten Verfahren ist das DESIRE-System, das durch Coopmans und Roland in Proceeding of SPIE 631, 34 (1986) und in Solid State Technology/Juni 1987, S. 93-99, beschrieben wurde. Die grundlegenden Schritte des Systems werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 be­ schrieben.

Wie zuerst in Fig. 3A gezeigt, wird eine Resistschicht 32 auf einem Substrat 31 ausgebildet. Die Resistschicht kann aus einem von UCB Electronics (Belgien) oder der Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. unter dem Produktnamen Plasmask® erhältlichen Material ausgeführt werden. Plasmask® enthält Novolak-Harz und Chinondiazid als Hauptbestandteil. Novolak-Harz und Chinon­ diazid werden durch die folgenden chemischen Formeln ausge­ drückt:

Nachdem das Material beispielsweise durch einen Rotationsbe­ schichter auf das Substrat aufgebracht wurde, wird bei einer angemessenen Temperatur ein Vorbacken ausgeführt.

Dann werden ultraviolette Strahlen 34 mit einer Wellenlänge von 248 nm bis 436 nm auf die mit einer Maske 33 - wie in Fig. 3B gezeigt - bedeckte Resistschicht 32 gerichtet.

Nach der Belichtung wird das Substrat in eine Vakuumkammer ge­ bracht und auf etwa 120 bis 200°C aufgeheizt. Während das be­ lichtete Gebiet 35 der Resistschicht gegenüber dem Aufheizen stabil ist, läuft infolge des Erwärmens im nicht-belichteten Gebiet 37 eine Vernetzungsreaktion ab.

Danach wird Hexamethyldisilazan (HMDS)-Gas in die Vakuumkammer bei einer angemessenen Temperatur mittels N₂ als Trägergas ein­ gebracht und auf das Substrat gesprüht. HMDS wird selektiv nur durch den belichteten Abschnitt der Resistschicht aufgenommen. Im belichteten Abschnitt, beispielsweise im geschwärzten Ab­ schnitt 36 in Fig. 3C, läuft eine Silylierungsreaktion nach der folgenden Formel ab:

Nachfolgend wird die Resistschicht einer Trockenentwicklung unter Anwendung des reaktiven Ionenätzens (RIE) ausgesetzt. Beim RIE wird ein O₂-Plasma verwendet. Bei der Trockenentwick­ lung wird eine Siliciumverbindung SiO₂ im Abschnitt 36 gebil­ det, wo die selektive Silylierung ablief (Fig. 3D). Während die Abschnitte, in denen SiO₂ gebildet wird, gegenüber dem RIE beständig sind, sind die anderen Abschnitte, in denen kein HMDS aufgenommen ist, nur aus gegenüber der Oxidation flüchtigen Ma­ terial gebildet, so daß sie durch RIE geätzt werden. Die Trocken­ entwicklung führt zu einer Resiststruktur, bei der nur das belichtete Gebiet der Resistschicht schließlich übrig­ bleibt, wie in Fig. 3E gezeigt.

Das DESIRE-System wird angewandt, um ein feines Resistmuster zu bilden. Bei dem System wird jedoch tendenziell ein Resist­ muster gebildet, dessen Seitenabschnitte durch RIE geätzt werden. Das heißt, wie in Fig. 4 gezeigt, tendenziell wird infolge seitlichen Ätzens oder Unterätzens eine Resiststruktur mit schmalen Teilen gebildet. Wenn eine feinere Resiststruktur ge­ bildet wird, kann eine solche Resiststruktur mit schmalen Ab­ schnitten bzw. Teilen sich neigen oder zusammenbrechen.

Ein Verfahren, bei dem beim RIE das Seitenätzen verhindert wer­ den kann, und das ein Mehrschicht-Resistschichtsystem verwen­ det, wird in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2-24 661 beschrieben. Dieses Verfahren wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Wie Fig. 5A zeigt, wird auf einem Halbleitersubstrat 51 eine erste Resistschicht 52 ausgebildet. Eine zweite Resistschicht 53, die Silicium enthält, wird auf die erste Resistschicht 52 abgeschieden (Fig. 5B). Nachdem auf der zweiten Resistschicht 53 eine dritte Resistschicht 54 gebildet wurde (Fig. 5C), wird die dritte Resistschicht 54 unter Verwendung einer Maske mit einem vorbestimmten Muster belichtet (Fig. 5D). Die dritte Re­ sistschicht wird entwickelt, so daß die Resiststruktur 54′ erhalten wird (Fig. 5E). Unter Verwendung der Resiststruktur 54′ als Maske, wird die zweite Resistschicht 53 anisotrop ge­ ätzt (Fig. 5F). Unter Verwendung der Resiststruktur 53′, das aus der zweiten Resistschicht als eine Maske gebildet ist, wird die erste Resistschicht anisotrop geätzt. Dieses anisotrope Ätzen wird zeitweilig unterbrochen, nachdem eine Hälfte der ersten Resistschicht 52 geätzt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die Resiststruktur 54′ der dritten Schicht entfernt (Fig. 5G). Danach wird, wie in Fig. 5H gezeigt, Silicium in die Oberflä­ che 55 der ersten Resistschicht, die durch Ätzen neu gebildet wurde, eingebracht, so daß eine silylierte Schicht 56 gebildet wird. Der horizontale Abschnitt der silylierten Schicht 56 wird anisotrop weggeätzt (Fig. 5I). Danach wird die erste Resist­ schicht 52 wieder anisotrop geätzt, bis das Halbleitersubstrat 51 unbedeckt ist. Im Ergebnis dessen wird, wie in Fig. 5J ge­ zeigt, die Resiststruktur 52′ erhalten.

Bei diesem Verfahren wird durch Bildung einer silylierten Schicht auf einem Seitenabschnitt der ersten Resistschicht die erste Resistschicht geschützt und die Bildung einer Resist­ schicht mit schmalen Teilen, wie sie beim oben beschriebenen DESIRE-Verfahren vorkommen, verhindert. Bei diesem Verfahren müssen jedoch, wenn eine erste Resistschicht strukturiert wird, zwei zusätzliche Resistschichten gebildet werden. Dies erhöht die Anzahl der Schritte zur Bildung einer Resiststruktur. Wie oben beschrieben, steigt damit, da das Verfahren zur Bil­ dung einer Resiststruktur bei der Herstellung eines LSI viele Male wiederholt wird, der Zeit- und Kostaufwand zur Herstellung eines LSI mit der Anzahl der für ein Verfahren nötigen Schritte an.

Außerdem muß beim oben beschriebenen Verfahren eine viel dün­ nere Schicht als die erste Resistschicht auf die erste Resist­ schicht, die zu strukturieren ist, abgeschieden werden. Eine solche dünne Schicht ist staubempfindlich. Wenn die Schicht durch Staub beeinträchtigt wird, und keine Resiststruktur mit der gewünschten Gestalt erhalten werden kann, sinkt die Ausbeute bei der Herstellung des LSI ab.

Weiterhin gibt es, wie in den Fig. 5H bis 5I gezeigt, wenn die Richtung des Ätzvorganges im Schritt des Entfernens des ho­ rizontalen Abschnittes der silylierten Schicht durch anisotro­ pes Ätzen nicht hinreichend gut gesteuert wird, die Möglich­ keit, daß auch die auf einer seitlichen Oberfläche gebildete silylierte Schicht weggeätzt wird. Die oben beschriebene Mög­ lichkeit eines Rückätzens besteht also auch bei diesem Verfah­ ren noch.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bildung einer Resiststruktur bereitzustellen, mit dem eine sehr feine Resiststruktur ohne seitliches Ätzen oder Unterätzen mit einer geringeren Anzahl von Schritten hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Das Verfahren weist eine gute Repro­ duzierbarkeit auf, und nachteilige Einflüsse von Staub werden weitgehend ausgeschaltet.

Nach einem Aspekt ist das Verfahren insbesondere auf die Bildung einer Resiststruktur vom negativen Typ anwendbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gegeben.

Das Resistmaterial kann auf ein Substrat durch verschiedene Arten von Werkzeugen, etwa einen Rotationsbe­ schichter aufgebracht werden. Ein Vorbacken der Re­ sistschicht wird bei einer angemessenen Temperatur für eine in Abhängigkeit von der Dicke der Schicht zweckmäßig gewählte Zeitspanne ausgeführt.

In dem Verfahren wird allgemein ein photolithographischer Schritt angewandt, der dazu geeignet ist, Bereiche der Re­ sistschicht zu belichten. In diesem photolithographischen Schritt kann eine Belichtung mittels ultravioletter Strahlen durch eine Maske unter Verwendung einer herkömmlichen Belich­ tungseinrichtung durchgeführt werden. Die Wellenlänge der ul­ travioletten Strahlen kann im Bereich von z. B. 248 bis 436 nm sein.

Nach der Belichtung wird das belichtete Gebiet der Resist­ schicht silyliert. Die Silylierung kann durch Beaufschlagen der Resistschicht mit Reagenzien nach Anspruch 3 ausgeführt werden. Diese Reagenzien werden der Resistschicht vor­ zugsweise mittels eines Trägergases (etwa N₂) zugeführt. Bei­ spielsweise wird, wenn HMDS verwendet wird, ein durch Einbla­ sen von N₂ in eine HMDS-Lösung erhaltenes Gas der Resistschicht zugeführt.

Die Silylierung kann z. B. bei einer Temperatur von 160°C für drei bis sechs Minuten ausgeführt werden. Wenn die Resist­ schicht aus einem Novolak-Harz und Chinondiazid enthaltenden Material gebildet ist, wird das Silylierungs-Reagens nur durch den belichteten Teil der Resistschicht aufgenommen, und eine organische Siliciumverbindung, die durch die weiter oben ange­ gebene chemische Formel charakterisiert ist, wird infolge der Reaktion mit dem Novolak-Harz gebildet. Eine solche selektive Silylierung beruht auf dem Umstand, daß Chinondiazid sich in der Resistschicht infolge der Belichtung in Carbonsäure umwan­ delt. Auf diese Weise wird im belichteten Teil eine silylierte Schicht gebildet.

Im Falle eines negativen Typs, kann der unbelichtete Teil der Resistschicht vorzugsweise durch reaktives Ionenätzen (RIE) entfernt werden. Das belichtete Gebiet wird durch die silylier­ te Schicht geschützt, so daß es durch RIE nicht weggeätzt wird. Für das RIE kann z. B. ein O₂-Plasma verwendet werden.

Der Zeitpunkt zur Unterbrechung des Ätzens beim ersten Schritt des Entfernens der unbelichteten Gebiete kann z. B. dann sein, wenn etwa 1/3 bis 1/2 der Dicke der Resistschicht entfernt sind, ist jedoch nicht auf diesen Wert beschränkt. Die Zeit hängt von der Dicke der Resistschicht ab. In dem Schritt wird nur ein Teil des belichteten Gebietes freigelegt.

Der freigelegte (Seiten-)Abschnitt des belichteten Gebietes wird weiter silyliert. Die Silylierung kann wie oben be­ schrieben ausgeführt werden. Das Silylierungsmaterial wird se­ lektiv durch das belichtete Gebiet aufgenommen, so daß im frei­ gelegten Abschnitt eine silylierte Schicht gebildet wird.

Schließlich wird der Rest des unbelichteten Gebietes entfernt, und damit hat man eine Resiststruktur mit einer gewünschten Ge­ stalt erhalten. Beim Entfernungsschritt kann vorzugsweise wie­ der das RIE angewandt werden. Als Ätzgas wird z. B. ein O₂- Plasma verwendet.

Beim abschließenden Entfernungs-Schritt dient die im freige­ legten Abschnitt des belichteten Gebietes gebildete silylierte Schicht zur Unterdrückung des Seiten-Ätzens. Der unbedeckte Ab­ schnitt wird durch die silylierte Schicht völlig geschützt, so daß er keiner Strukturveränderung infolge des RIE unterliegt. Außerdem hat, da das Ätzen des unbelichteten Abschnittes unter Verwendung des durch die silylierte Schicht geschützten Ab­ schnittes als Maske fortschreitet, der andere unbedeckte Ab­ schnitt infolge des Ätzens die gewünschte Gestalt.

Entsprechend einem weiteren Aspekt wird ein Ver­ fahren insbesondere zur präzisen Steuerung des Musterungsvor­ ganges nach Anspruch 5 bereitgestellt. Die Anzahl von Wiederholun­ gen der Schritte kann entsprechend den konkreten Anforderungen bestimmt werden. Beispielsweise kann die Anzahl erhöht werden, wenn die Dicke der Resistschicht erhöht wird.

Das Verfahren entsprechend diesem Aspekt ist dadurch charakte­ risiert, daß die Anzahl von Schritten der Entfernung eines Teiles einer Resistschicht und des Silylierens erhöht wird, so daß der Schutz gegen Ätzen verbessert wird. Dieses Verfahren ist besonders effektiv dann, wenn eine dicke Resiststruktur ge­ wünscht wird. Die Bildung der Resistschicht, die Silylierung und das Entfernen der Resistschicht kann bei diesem Verfahren auf die gleiche Weise wie beim unter dem vorigen Aspekt darge­ stellten Verfahren erfolgen.

Eine weitere Lösung der oben beschriebenen Aufgabe ist durch ein Verfahren nach Anspruch 6 gegeben.

Unter einem weiteren Aspekt ist dieses Verfahren insbesondere zur Bildung einer Resiststruktur vom positiven Typ geeignet.

Das Resist-Material kann auf das Substrat durch verschiedene Werkzeuge, etwa einen Rotations­ aufschleuderer aufgebracht werden. Bei der Bildung der Resist­ schicht kann bei einer geeigneten Temperatur für eine geeignete, von der Schichtdicke abhängende Zeitspanne ein Vor­ backen ausgeführt werden.

Bei diesem Verfahren kann zur Belichtung eines Gebietes der Re­ sistschicht die Elektronenstrahllithographie angewandt werden. Wenn im wesentlichen aus einem Novolak-Harz, einem säurebilden­ den Agens und einem vernetzungsbildenden Agens bestehendes Ma­ terial verwendet wird, wird durch das säurebildende Agens in einem Gebiet, auf das Elektronenstrahlen gerichtet sind, eine Säure erzeugt. Es läuft eine Vernetzungsreaktion des Basis-Harzes mit dem vernetzungsbildenden Agens ab, wobei die erzeug­ te Säure als Katalysator dient, wenn nach der Belichtung ge­ backen wird. Das vernetzte Gebiet nimmt von dem im nächsten Schritt aufgebrachten Silylierungsagens wenig auf. Daher dif­ fundiert wenig Silylierungsagens in das belichtete Gebiet, und nur das unbelichtete Gebiet wird selektiv silyliert.

Die Silylierung kann beispielsweise unter Verwendung von Reagenzien nach Anspruch 8 ausgeführt werden. Diese Reagenzien werden der Resistschicht vorzugsweise unter Anwendung eines Trägergases (z. B. N₂) zugeführt.

Wenn das Resistmaterial Novolak-Harz enthält, wird das Silylie­ rungsmittel nur durch die unbelichteten Abschnitte der Resist­ schicht aufgenommen, und die durch die weiter oben angegebene Formel gekennzeichnete organische Siliciumverbindung wird über die Reaktion mit dem Novolak-Harz gebildet. Auf diese Weise wird in den unbelichteten Teilen eine silylierte Schicht ge­ bildet.

Im Falle eines positiven Typs kann das belichtete Gebiet einer Resistschicht mittels RIE weggeätzt werden. Das unbelichtete Gebiet wird durch eine silylierte Schicht geschützt, so daß sie durch das RIE nicht weggeätzt wird. Beim RIE kann z. B. ein O₂- Plasma angewandt werden. Nur ein Teil des unbelichteten Gebie­ tes wird in dem entsprechenden Schritt freigelegt.

Der freigelegte Abschnitt des unbelichteten Gebietes wird weiter silyliert. Die Silylierung kann wie im oben beschriebe­ nen Verfahren ausgeführt werden. Das Silylierungsmittel wird durch das unbelichtete Gebiet selektiv aufgenommen, und die silylierte Schicht wird in der Oberfläche des unbedeckten Abschnittes gebildet.

Schließlich wird der Überrest des belichteten Gebietes ent­ fernt, so daß eine Resiststruktur mit einer gewünschten Gestalt erhalten werden kann. Im Schritt des Entfernens kann vorzugs­ weise das RIE-Verfahren angewandt werden. Als Ätzgas wird z. B. ein O₂-Plasma angewandt. Beim letzten Schritt des Entfernens dient eine auf dem freigelegten Abschnitt des unbelichteten Ge­ bietes gebildete silylierte Schicht dazu, ein Seitenätzen zu unterdrücken. Da das Ätzen des belichteten Abschnittes unter Verwendung des durch die silylierte Schicht als Maske ge­ schützten Abschnittes fortgeführt wird, erhält der unbedeckte Abschnitt durch das Ätzen die gewünschte Gestalt.

Nach einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren insbesondere zum präzisen Steuern einer Musterbildung nach Anspruch 10 bereit­ gestellt. Die Anzahl der Wie­ derholungen der Schritte kann entsprechend den Anforderungen gewählt werden. Beispielsweise kann die Anzahl bei steigender Dicke der Resistschicht erhöht werden.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Schritte des Entfernens eines Teiles der Resistschicht und des Silylierens erhöht ist, so daß auch der Schutz gegen (seitli­ ches) Ätzen verbessert ist. Das Verfahren ist besonders effek­ tiv, wenn eine dicke Resistschicht gewünscht wird. Die gleiche Art und Weise der Handhabung wie für einen positiven Typ (oben beschrieben) kann für die Bildung der Resistschicht, die Sily­ lierung und die Entfernung der Resistschicht gewählt werden.

Wie oben beschrieben, wird, nachdem das Ätzen unterbrochen wur­ de, eine Silylierung ausgeführt, so daß die Seitenflächen eines freigelegten Abschnittes silyliert werden. Die silylierten Sei­ tenflächen werden durch das Ätzen nicht abgetragen. Daher wird das Ätzen mit einer unbelichteten Seitenfläche, die geschützt ist, ausgeführt, bis die endgültige Resiststruktur erhalten ist, so daß ein seitliches oder Unterätzen verhindert wird.

Es folgt die Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1A bis 1F schematische Darstellungen, die die Schritte bei der Bildung eines Source-Abschnittes und eines Drain-Abschnittes eines Transistors unter Verwendung einer Resiststruktur zeigen,

Fig. 2A bis 2E schematische Darstellungen, die die Schritte der Bildung einer Verbindungsschicht auf einem Substrat unter Verwendung einer Resiststruktur zeigen,

Fig. 3A bis 3E schematische Darstellungen, die die Schritte eines herkömmlichen DESIRE-Verfahrens zeigen,

Fig. 4 eine schematische Darstellung, die die Bedin­ gungen zeigt, unter denen im DESIRE-Verfahren ein Seitenätzen abläuft,

Fig. 5A bis 5J schematische Darstellungen zur Erklärung jedes Schrittes des verbesserten herkömmlichen Ver­ fahrens zur Verhinderung eines Seitenätzens,

Fig. 6A bis 6F schematische Darstellungen, die die Zustände einer entsprechend einer ersten Ausführungsform gebildeten Resistschicht in verschiedenen Ver­ fahrensstufen zeigen,

Fig. 7 eine schematische Darstellung, die ein speziel­ les Beispiel einer für die Silylierung einer Resistschicht ver­ wendeten Einrichtung zeigt,

Fig. 8A-8H schematische Darstellungen, die den Zustand einer entsprechend einer zweiten Ausführungs­ form gebildeten Resistschicht in verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens zeigt und

Fig. 9A-9F schematische Darstellungen, die den Zustand einer nach einer dritten Ausführungsform gebil­ deten Resistschicht in verschiedenen Schritten des Herstellungsverfahrens zeigt.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine erste Ausführungsform beschrieben.

Wie Fig. 6A zeigt, wird auf einem Halbleitersubstrat 61 eine Resistschicht 62 gebildet. Zur Bildung der Resistschicht wird von der Firma UCB Electronics (Belgien) oder der Firma Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. unter dem Produktnamen Plasmask® erhältliches Material verwendet. Die genaue Zusammensetzung von Plasmask® ist nicht klar, das Material enthält jedoch Novolak-Harz und Chinondiazid als Hauptbestandteile. Das Material wird unter Verwendung eines Rotationsaufschleuderers auf das Halbleitersubstrat 61 aufgebracht. Nach dem Aufbringen wird ein Vorbacken bei einer Temperatur von 120°C für 90 Sekunden ausgeführt. Die Dicke der erhaltenen Resistschicht 62 beträgt 1,2 bis 1,5 µm.

Eine Photomaske 63 wird auf der Resistschicht 62 angeordnet und ultraviolette Strahler 64 werden auf diese gerichtet (Fig. 6B). Als ultraviolette Strahlen wird Licht der g-Linie mit etwa 500 mW oder der i-Linie von 200 mW verwendet. Ein der Photo­ maske entsprechendes vorbestimmtes Muster wird durch die Belichtung auf die Resistschicht geschrieben. In Fig. 6B ist das belichtete Gebiet 65 schraffiert.

Danach wird das Substrat in die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung verbracht, um eine Silylierung auszuführen. Wie Fig. 7 zeigt, wird das Substrat 70, auf dem die Resistschicht ausgebildet ist, auf eine in eine Vakuumkammer 77 angeordnete Heizplatte 74 aufgebracht. Die Vakuumkammer 77 wird evakuiert. Eine Gasdüse 71 ist über dem Substrat 70 angeordnet. Gas, das durch Einbla­ sen von N₂-Gas in eine Lösung 75 aus einem Silylierungsmittel, die durch einen Heizer 76 aufgeheizt ist, erhalten wird, wird durch die Gasdüse 71 auf das Substrat 70 gesprüht. Als Silylie­ rungsmittel wird HMDS verwendet.

Ein spezielles Beispiel der Silylierung wird unten beschrieben. Zuerst wird das Substrat 70 für drei Minuten durch Heizen der Platte 74 bei 160°C in der evakuierten Vakuumkammer 77 gehal­ ten. Dann wird N₂ in das durch den Heizer 76 bei 50°C gehal­ tene Silylierungsagens 75 eingeblasen, und das Silylierungs­ agens wird über die Düse 71 in die Vakuumkammer 77 eingeleitet. Das Substrat wird dann für vier Minuten bei 160°C dem HMDS-Dampf ausgesetzt. Damit wird, wie in Fig. 6C gezeigt, die Oberfläche des belichteten Gebietes silyliert. Der silylierte Abschnitt 66 ist in der Abbildung geschwärzt.

Danach wird das Substrat in eine Vorrichtung zur Trockenent­ wicklung gebracht. Eine Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen vom Parallelplattentyp wird als Einrichtung zur Trockenent­ wicklung verwendet. Die Trockenentwicklung wird unter Nutzung des RIE ausgeführt. Sauerstoff wird mit einer Durchflußrate von 70 sccm zum Ätzen bereitgestellt. Der Druck des Gases wird auf 5,32·10^-6 bar (4 mTorr) eingestellt. Die an den Bandmagnetron-Ätzer für das RIE angelegte Spannung beträgt 79 V. Die Trockenentwicklung wird nach Ablauf etwa einer Minute unterbrochen. Nach dem Ätzen ist ein unentwickelter Abschnitt 67 auf dem Substrat 61 ver­ blieben, und das belichtete Gebiet 65 ist (seitlich) unbedeckt, wie in Fig. 6D gezeigt.

Nachdem die Trockenentwicklung unterbrochen wurde, wird das Substrat wieder in die Silylierungsvorrichtung gebracht. Eine Silylierung wird auf die gleiche Weise und unter den gleichen Bedingungen wie im vorangehenden Silylierungsschritt ausge­ führt. Infolgedessen wird der Seitenabschnitt 66′ des infolge der Entwicklung freigelegten Gebietes von neuem silyliert, wie in Fig. 6E gezeigt. Der neu silylierte Abschnitt 66′ ist in der Abbildung geschwärzt.

Nach der Silylierung wird das Substrat wieder in die RIE-Vor­ richtung gebracht und durch das O₂-Plasma geätzt. Die Bedin­ gungen beim Ätzen (Durchflußrate, Druck und Spannung) sind dieselben wie beim oben erwähnten Ätzschritt. Das Ätzen wird fortgesetzt, bis das Halbleitersubstrat freigelegt ist. Etwa zwei Minuten Ätzen liefern die endgültige Resiststruktur (Fig. 6F).

Im letzten Entwicklungsschritt wird auf den Seitenflächen des unbedeckten Abschnittes eine silylierte Schicht gebildet, so daß die Seitenfläche vor einer Veränderung durch das RIE ge­ schützt wird. Damit kann eine Resiststruktur mit sehr schmalen Teilen, deren Bildung ein Problem des herkömmlichen DESIRE-Systems darstellt, nicht gebildet werden. Eine mittels dieses Verfahrens gebildete Resiststruktur weist eine feine Struktur ohne Seitenkorrosion auf, wie in der Abbildung gezeigt.

Außerdem sind bei einem herkömmlichen Verfahren unter Verwen­ dung eines Mehrschichtsystems etwa zehn Schritte der Bildung einer Resiststruktur erforderlich, während bei dem oben darge­ stellten Ausführungsbeispiel nur sechs Schritte erforderlich sind. Daher kann unter Anwendung der Erfindung eine Resiststruktur ohne Seitenätzen oder Unterätzen (Unterschneiden) mit einer geringeren Anzahl von Schritten gebildet werden. Des­ weiteren ist der Schritt des Entfernens eines unnötigen Ab­ schnittes der silylierten Schicht, der zum herkömmlichen Ver­ fahren gehört, bei der oben beschriebenen Ausführungsform über­ flüssig. Ein beim herkömmlichen Verfahren mögliches Seitenätzen wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vermieden. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren kann daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine feine Resiststruktur gewünschter Gestalt mit sehr guter Reproduzierbarkeit erzeugt werden.

Unter Bezugnahme auf die Figuren wird nachfolgend eine zweite Ausführungsform beschrieben.

Wie die Fig. 8A bis 8E zeigen, wird, nachdem auf einem Halb­ leitersubstrat 61 eine Resistschicht 62 gebildet wurde, eine Seitenfläche eines unbedeckten Abschnittes durch Entwicklung in den gleichen Schritten wie bei der ersten Ausführungsform sily­ liert. Nach der Silylierung wird das Substrat wieder in die RIE-Vorrichtung eingebracht und unter Anwendung eines O₂-Plas­ mas geätzt. Die Bedingungen beim Ätzen (Durchflußrate, Druck und Spannung) sind dieselben wie bei der ersten Ausfüh­ rungsform. Jedoch wird das Ätzen unterbrochen, bevor das Halb­ leitersubstrat unbedeckt ist (Fig. 8F).

Nachdem das Ätzen unterbrochen wurde, wird das Substrat wieder in die Silylierungsvorrichtung gebracht. Die Silylierung wird auf die gleiche Weise und unter den gleichen Bedingungen wie im vorangegangenen Silylierungsschritt ausgeführt. Im Ergebnis dessen ist, wie in Fig. 8C gezeigt, auf der Seitenfläche eines unbedeckten Abschnittes eine silylierte Schicht 86 gebildet. Der Silylierungsschritt wird bei der zweiten Ausführungsform dreimal wiederholt. Nach der Silylierung wird das Substrat wieder in die RIE-Vorrichtung gebracht und unter Anwendung eines O₂-Plasmas geätzt. Das Ätzen wird fortgesetzt, bis das Halbleitersubstrat unbedeckt ist. Damit wird die endgültige Re­ siststruktur erhalten (Fig. 8H).

Obgleich die Ätz- und Silylierungsschritte bei der zweiten Aus­ führungsform zweimal wiederholt werden, können die Schritte auch mehrfach wiederholt werden. Die Anzahl der Wiederholungen kann in Abhängigkeit von den Randbedingungen - etwa der Dicke der Resistschicht - beliebig gewählt werden.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren eine dritte Ausführungsform beschrieben. Die dritte Ausführungsform ist ein spezielles Beispiel der Bildung eines Resistmusters vom positi­ ven Typ.

Wie Fig. 9A zeigt, wird auf einem Halbleitersubstrat 91 eine Resistschicht 92 gebildet. Zur Bildung der Resistschicht wird von der Shipley Company Inc. unter dem Produktnamen "SAL601-ER7" geliefertes Material verwendet. Das Material ent­ hält Novolak-Harz, ein säurebildendes Agens und ein vernet­ zungsbildendes Agens als Hauptbestandteile. Wie in Fig. 9B gezeigt, wird die Resistschicht 92 einer Elektronenstrahlli­ thographie unterzogen. Im Gebiet 92′, auf das die Elektronen­ strahlen gerichtet sind, wird aus dem säurebildenden Agens eine Säure erzeugt. Im Gebiet 92′ läuft eine Vernetzungsreaktion des Basis-Harzes mit dem vernetzungsbildenden Material unter Katalyse durch die erzeugte Säure während eines Backens nach der Belichtung ab.

Wie bei der ersten Ausführungsform wird eine Silylierung aus­ geführt. Ein infolge der Bestrahlung mit Elektronenstrahlen vernetzter Abschnitt nimmt wenig Silylierungsmittel auf, so daß nur der unbelichtete Abschnitt selektiv silyliert wird, wie in Fig. 9C gezeigt. Der silylierte Abschnitt 96 ist in der Ab­ bildung geschwärzt.

Das Substrat wird dann in eine Vorrichtung zur Trockenentwick­ lung gebracht. Die Trockenentwicklung wird unter Anwendung des RIE durchgeführt. Die Trockenentwicklung wird gestoppt, wenn etwa die Hälfte (der Schichtdicke) des belichteten Gebietes entfernt ist. Im Ergebnis dessen ist, wie in Fig. 9D gezeigt, ein Teil des unbelichteten Gebietes freigelegt.

Nachdem das RIE unterbrochen wurde, wird das Substrat wieder in die Silylierungsvorrichtung gebracht. Eine Silylierung wird auf die gleiche Weise und unter den gleichen Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform durchgeführt. Eine silylierte Schicht 96′ wird in der Seitenfläche des infolge des Ätzens freigelegten Abschnittes neu gebildet (Fig. 9E). Das Substrat wird wieder in die RIE-Vorrichtung gebracht und unter Anwendung eines O₂-Plasmas geätzt. Das Ätzen wird fortgesetzt, bis das Halbleitersubstrat unbedeckt ist. Im Ergebnis dessen ist, wie in Fig. 9F gezeigt, der belichtete Abschnitt entfernt, und eine Resiststruktur mit einer gewünschten Gestalt ist gebildet. Auch bei der dritten Ausführungsform wird ein seitliches Ätzen durch die silylierte Schicht verhindert. Daher kann auch bei Verwen­ dung eines Resists vom positiven Typ eine sehr feine Resiststruktur mit guter Reproduzierbarkeit gebildet werden - wie im Falle eines Resists vom negativen Typ.

Zudem können, obwohl die Ätz- und Silylierungsschritte bei der beschriebenen dritten Ausführungsform nur einmal ausgeführt wurden, diese Schritte mehrere Male wiederholt werden. Dann wird, wie bei der zweiten Ausführungsform, nach dem Silylie­ rungsschritt die Entwicklung nochmals unterbrochen, und es kann erneut eine Silylierung ausgeführt werden. Die Anzahl von Wie­ derholungen kann in Abhängigkeit von den Bedingungen - etwa der Dicke der Resistschicht - beliebig gewählt werden.

Wie oben beschrieben, wird ein Verfahren zur Bildung eines feinen Resistmusters unter Vermei­ dung eines seitlichen Ätzens in einem Einschichtsystem bereit­ gestellt, bei dem nur eine einzelne Resistschicht gebildet wird. Das Verfahren erfordert keine Schritte des Aufeinander­ stapelns einer Mehrzahl von Resistschichten sowie des Entfer­ nens eines nicht benötigten Abschnittes einer silylierten Schicht, die bei einem herkömmlichen Mehrschichtsystem erforderlich sind. Im Ergebnis dessen kann nicht nur eine feine Resiststruktur mit weniger Schritten als nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt werden, sondern auch das bei einem herkömmlichen Verfahren mögliche Seitenätzen wird vermieden. Das Verfahren kann zur Bildung einer Resiststruktur insbesondere mit Linien-breiten und -abständen von weniger als 1,0 µm verwendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bildung einer Resiststruktur, bei dem

• a) eine Resistschicht (62) gebildet wird,
• b) Bereiche (65) der Resistschicht belichtet und
• c) die belichteten Bereiche silyliert werden,
• d) ein Teil der unbelichteten Bereiche zum Freilegen von Abschnitten (66′) der belichteten Bereiche entfernt wird,
• e) die freigelegten Abschnitte der belichteten Bereiche silyliert und
• f) die Reste (67) der unbelichteten Bereiche entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resistschicht aus einem Novolak-Harz und Chinondiazid enthal­ tenden Material gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Silylierungsschritt unter Anwendung eines aus der aus Hexamethyldisilazan, Tetramethyldisilazan und 1,2-Dichlorte­ tramethyldisiloxan bestehenden Gruppe ausgewählten Mittels ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Entfernens unter Anwendung eines reaktiven Ionenätzens ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Entfernens eines Teiles der unbelichteten Bereiche und des Silylierens der freigelegten Abschnitte der belichteten Bereiche (65) mindestens zweimal wiederholt werden.

6. Verfahren zur Bildung einer Resiststruktur, bei dem

• a) eine Resistschicht (92) gebildet wird,
• b) Bereiche (92′) der Resistschicht belichtet und
• c) die unbelichteten Bereiche silyliert werden,
• d) ein Teil der belichteten Bereiche zum Freilegen von Abschnitten (96′) der unbelichteten Bereiche entfernt wird,
• e) die freigelegten Abschnitte der belichteten Bereiche silyliert und
• f) die Reste der belichteten Bereiche entfernt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resistschicht aus einem ein Novolak-Harz, ein säurebildendes Agens und ein vernetzungsbildendes Agens enthaltenden Material gebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Silylierungsschritt unter Verwendung eines aus der aus Hexamethyldisilazan, Tetramethyldisilazan und 1,2-Dichlor­ tetramethyldisiloxan bestehenden Gruppe ausgewählten Mittels durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schritt des Entfernens unter Anwendung eines reaktiven Ionenätzens ausgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Entfernens eines Teiles der belichteten Bereiche und des Silylierens der freigelegten Abschnitte der unbelichteten Bereiche mindestens zweimal wiederholt werden.