DE4240504C2 - Process for the production of interconnect structures over trench regions of substrates - Google Patents

Process for the production of interconnect structures over trench regions of substrates

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Rolf Sprengel
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Leitbahnstrukturen auf der Oberfläche, den Grabenseiten und innerhalb des abgesenkten Gebietes von Substraten, insbesondere Halbleiterscheiben, wobei zur Überwindung von Höhenunterschieden Positivfotoresist eingesetzt wird.The invention relates to a method for producing interconnect structures on the surface, the trench sides and within the lowered area of substrates, in particular semiconductor wafers, wherein to overcome Height differences positive photoresist is used.

Die erfindungsgemäße Lösung findet vorwiegend Anwendung im technologischen Prozess der Herstellung von in mikroelektronischen Bauelementen, insbesondere für mikromechanische Sensoren und Aktoren. Gegenwärtig gehen die im Stand der Technik bekannten Technologien für mikromechanische Sensoren und Aktoren in der Regel von einem Grundprinzip aus:
The solution according to the invention is predominantly used in the technological process of producing microelectronic components, in particular for micromechanical sensors and actuators. At present, the technologies known in the prior art for micromechanical sensors and actuators are generally based on a basic principle:

  • - Vorderseitig werden aktive sowie passive Strukturen und Details in einer Ebene mit maximalen Stufen von 2 bis 5 µm realisiert.- Front are active and passive structures and details in one Level realized with maximum levels of 2 to 5 microns.
  • - Rückseitig werden in das Silizium Stufen bis zur Waferdicke geätzt.- Etched back to the wafer thickness in the silicon on the back.

Nach DE 41 03 565 A1 ist ein Verfahren zur Bildung eines feinen Musters auf einem Halbleiter mit einer Stufe bekannt, bei dem ein fotoempfindliches Material auf die Oberfläche des Halbleiter aufgebracht wird. Danach erfolgt ein Vorbelichten mit UV-Strahlung des fotoempfindlichen Materials auf der Nicht-Stufenfläche, welches auf der Oberfläche des Halbleiters außerhalb der Stufenfläche aufgetragen ist, durch eine erste Fotomaske. Daran schließt sich das Belichten des gesamten fotoempfindlichen Materials durch eine Fotomaske mit dem erwünschten Muster durch UV-Strahlung nach Entfernen der ersten Fotomaske und Entwicklung und Entfernung des fotoempfindlichen Materials an.DE 41 03 565 A1 discloses a method for forming a fine pattern  a semiconductor with a step, in which a photosensitive Material is applied to the surface of the semiconductor. After that takes place a pre-exposure to UV radiation of the photosensitive material on the Non-step surface, which on the surface of the semiconductor outside the Step surface is applied through a first photomask. This is followed exposing the entire photosensitive material by a Photomask with the desired pattern by UV radiation after removal the first photomask and development and removal of the photosensitive Material on.

Aus der Veröffentlichung Crapella, S., Gualandris, R., "Planarization by Two-Resist Level" in Journ. of Elektrochem. Soc. 1988, Heft 3, Seiten 683 bis 685 ist es bekannt, zur Bildung einer Resistschicht eine Belackung in zwei Stufen durchzuführen.From the publication Crapella, S., Gualandris, R., "Planarization by Two-Resist Level "in Journ. Of Elektrochem., 1988, Issue 3, pages 683 to 685 it is known to form a resist layer, a coating in two Stages.

Mit den bisher bekannten Verfahren ist die Forderung zur lithografischen Überwindung von Höhenunterschieden bis zu 50 µm aus folgenden Gründen nicht zu realisieren:
With the methods known hitherto, the requirement for the lithographic overcoming of height differences of up to 50 μm can not be realized for the following reasons:

  • - mit Standardpositivresisten lässt sich eine derart hohe Stufe nicht überdecken, der Lack reißt an der Kante ab.- with standard positive resistors can not be such a high level Cover, the paint breaks off at the edge.
  • - mit eingedickten Standardpositivresisten wird die Kante bei der wiederholten Beschichtung überdeckt, es ist jedoch keine Freibelichtung/Entwicklung der Lackschicht an der Grabenkante möglich, da diese Lacke für die auftretenden Schichtdicken eine zu geringe Transparenz aufweisen.- with thickened standard positive resist the edge is repeated at Coating is covered, but it is not an open air / development of the Lacquer layer at the edge of the trench possible because these varnishes for the occurring Layer thicknesses have too low a transparency.
  • - bei der elektrostatischen Sprühbeschichtung mit speziellen niedrigviskosen und hochtransparenten Resisten wird bei entsprechenden Beschichtungsparametern die Grabenkante bedeckt. Bei nachfolgender Temperierung zieht sich der Resist von den Grabenoberkanten zurück und bedeckt diese nicht mehr.- in the electrostatic spray coating with special low viscosity and highly transparent resists will be at appropriate Coating parameters covered the trench edge. At the following Tempering, the resist withdraws from the trench top edges and do not cover them anymore.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem Leitbahnstrukturen auf der Oberfläche, den Grabenseiten und innerhalb des abgesenkten Gebietes von Substraten, insbesondere Halbleiterscheiben, hergestellt werden können, wobei Höhenunterschiede bis zu 50 µm überwunden werden.The invention has for its object to provide a method with which Leitbahnstrukturen on the surface, the trench sides and within the lowered area of substrates, in particular semiconductor wafers, can be produced, with height differences up to 50 microns be overcome.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die im Patenanspruch angegebenen Merkmale enthält, gelöst.According to the invention, the object is achieved by a method which is in the patent claim contains specified characteristics, solved.

Die erfindungsgemäße Lösung vermeidet die beschriebenen Nachteile dadurch, dass durch ein spezielles Beschichtungsregime die Grabenkanten für nachfolgende Ätzprozesse mit sicher ausreichender Menge an Resistmaterial abgedeckt werden und mittels mehrfacher Belichtung und Entwicklung an den belichteten Stellen Lack auch sehr hoher Ausgangslackdicke sicher entfernt (abentwickelt) werden kann. Eine speziell auf dieses Verfahren angepasste Entwicklerkonzentration vermeidet bei den langen Entwicklungszeiten Schäden an den unbelichteten Lackgebieten.The solution according to the invention avoids the disadvantages described in that by a special coating regime the trench edges for subsequent etching processes with certainly sufficient amount of resist material be covered and by means of multiple exposure and development to the exposed areas of paint also very high starting paint thickness safely removed (can be developed). A specially adapted to this process Developer concentration avoids the long development times Damage to the unexposed paint areas.

Die Erfindung gestattet es weiterhin, für die in einer Ebene leitende und strukturierte Verbindung von Bauelementen, die einen Niveauunterschied bis zu 50 µm besitzen, Lackstrukturen zur Erzeugung dieser Leitbahnen im Mikrometerbereich auf Substraten mittels Photolithografie herzustellen, wobei
The invention further makes it possible for the in-plane conductive and structured connection of components having a difference in level of up to 50 μm to produce resist structures for producing these micron-sized interconnects on substrates by means of photolithography

  • - eine Strukturierung des Resists und damit die spätere Erzeugung von Leitbahnen gleichzeitig auf der Oberfläche, den Grabenseiten und innerhalb des abgesenkten Gebietes erfolgt.A structuring of the resist and thus the subsequent generation of Channels simultaneously on the surface, the trench sides and takes place within the lowered area.
  • - die Grabenkanten für nachfolgende Ätzprozesse mit sicher ausreichender Menge an Resistmaterial abgedeckt sind.- The trench edges for subsequent etching processes with certainly sufficient Amount of resist material are covered.
  • - die Technologie mit den aus dem Prozess der Halbleiterherstellung bekannten Lithografieverfahren kompatibel ist.- the technology with those from the process of semiconductor manufacturing  known lithography process is compatible.

Nachstehend soll die erfinderische Lösung an Hand von Fig. 1 beispielhaft näher erläutert werden.Below, the inventive solution will be explained in more detail by way of example with reference to FIG. 1.

Der Lackauftrag erfolgt mittels Schleuderbeschichtung. Zur Erzielung der notwendigen hohen Schichtdicken wird der Resist 5 nur kurz geschleudert (5 s). In Abhängigkeit von der Schleuderdrehzahl sind dabei Schichtdicken zwischen 5 µm und mehr als 20 µm erreichbar. Für eine ausreichende Bedeckung der Grabenkanten (2) ist eine Doppelbelackung mit jeweils nachfolgender Trocknung notwendig. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Lackauftrag und dem anschließenden Trocknen des Resists auf der Hotplatestrecke (Profil 40/70/120°C, Takt 1 min) eine 10-minütige Lufttrocknung bei Raumtemperatur einzufügen, da ansonsten keine ausreichende Kantenbedeckung gewährleistet werden kann.The coating is applied by spin coating. To achieve the necessary high layer thicknesses, the resist 5 is only briefly spun (5 s). Depending on the spin speed, layer thicknesses between 5 μm and more than 20 μm can be achieved. For a sufficient coverage of the trench edges ( 2 ) is a double coating with each subsequent drying necessary. According to the invention, a 10-minute air drying at room temperature is to be inserted between the coating application and the subsequent drying of the resist on the hotplate section (profile 40/70/120 ° C., cycle 1 min), since otherwise sufficient edge coverage can not be ensured.

Die Schichtdicke bei der 1. Belackung wurde auf 13 µm, bei der 2. Belackung auf 5 µm festgelegt. Mit dem gewählten Trockenregime wird eine ausreichende Resistenz der Lackschicht sowohl gegenüber dem Entwicklermedium als auch dem Anlösen bei Auftrag der zweiten Lackschicht bei gleichzeitig noch hoher Lichtempfindlichkeit sowie Schichtqualität erreicht.The layer thickness in the 1st coating was 13 μm, in the second coating set to 5 microns. With the chosen dry regime becomes a sufficient resistance of the lacquer layer both to the Developer medium as well as the dissolution of the order of the second coat of paint at the same time still high photosensitivity and layer quality reached.

Die Belichtung des Resists ist prinzipiell mit allen herkömmlichen Justier- und Belichtungseinrichtungen möglich. Aufgrund der erreichten hohen Lackdicken (bei 50 µm Höhenunterschied zwischen Fußpunkt (1) und Plateau (4) des Siliziums (6) ca. 40 µm Lack) ist trotz der hohen Transparenz des Resists eine Doppelbelichtung mit dazwischenliegender Entwicklung notwendig, um eine völlige Resistfreiheit zu erzielen.The exposure of the resist is possible in principle with all conventional adjustment and exposure devices. Due to the achieved high paint thicknesses (at 50 microns difference in height between base ( 1 ) and plateau ( 4 ) of silicon ( 6 ) about 40 microns of paint), despite the high transparency of the resist, a double exposure with intermediate development necessary to complete resistance to freedom achieve.

Die Entwicklungsparameter sind zur Erzielung optimaler Ergebnisse den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Zur Minimierung des Lackabtrages des unbelichteten Lacks an den Grabenoberkanten muss das Verfahren der Tauchentwicklung angewendet und die Entwicklerkonzentration entsprechend optimiert werden.The development parameters are for optimal results to adapt to respective requirements. To minimize the paint removal of the unexposed varnish on the trench top edges must be the method of Diving development applied and the developer concentration accordingly  be optimized.

Das Ätzen des Aluminiums (3) sowie des Lackentfernen in 2 Stufen (Stufe 1 nass-, Stufe 2 plasmachemisch) erfolgt mit den bekannten Verfahren. The etching of the aluminum ( 3 ) and the paint removal in 2 stages (stage 1 wet, stage 2 plasma-chemical) is carried out by the known methods.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Fußpunkt
nadir

22

Grabenkante
grave edge

33

Aluminium
aluminum

44

Plateau
plateau

55

Resist
resist

66

Silizium
silicon

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung von Leitbahnstrukturen auf der Oberfläche, den Grabenseiten und innerhalb des abgesenkten Gebietes von Substraten, insbesondere Halbleiterscheiben, wobei zur Überwindung von an der Grabenseite abfallenden Höhenunterschieden von 10 µm bis zu 50 µm für die Strukturierung ein hochviskoser und hochtransparenter, fotosensibler, wässrig-alkalisch verarbeitbarer Positivresist (5) in einer Schichtdicke von 10 µm bis 30 µm eingesetzt wird und eine Belackung, d. h. die Bildung der Positivresistschicht, in zwei Stufen erfolgt sowie für die Strukturerzeugung eine mehrmalige sich wiederholende Belichtung und Entwicklung der Positivresistschicht durchgeführt wird, wobei zur Erzielung einer sicheren Kantenbedeckung und Lackstabilität an den Grabenkanten (2) nach jeder der beiden Stufen der Belackung eine Lufttrocknung von einigen Minuten erfolgt.Process for the production of interconnect structures on the surface, the trench sides and within the lowered area of substrates, in particular semiconductor wafers, wherein a high-viscosity and highly transparent, photo-sensitive, water-based height difference of 10 .mu.m to 50 .mu.m for overcoming on the trench side an alkaline processable positive resist ( 5 ) in a layer thickness of 10 .mu.m to 30 .mu.m is used and a Belackung, ie the formation of the positive resist layer, takes place in two stages and for the structure of a repeated repetitive exposure and development of the positive resist layer is carried out, wherein to achieve a secure edge covering and paint stability at the trench edges ( 2 ) after each of the two stages of Belackung an air drying of a few minutes.
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