DE4216888C2 - Verfahren zur Bildung einer Resiststruktur - Google Patents
Verfahren zur Bildung einer ResiststrukturInfo
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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.
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US-Z.: Solid State Techn./June 1987, S. 93-99 * |
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