DE68926143T2

DE68926143T2 - Struktur zur Aufbringung eines Metallisationsmusters darauf und Verfahren zur Bildung einer solchen Struktur

Info

Publication number: DE68926143T2
Application number: DE68926143T
Authority: DE
Inventors: James Allen Bruce; Michael Lynn Kerbaugh; Ranee Wai-Ling Kwong; Tanya Nina Lee; Harold George Linde; Harbans Singh Sachdev; Krishna Gandhi Sachdev
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1989-09-16
Publication date: 1996-10-24
Anticipated expiration: 2009-09-17
Also published as: JPH0642471B2; EP0364740A3; US4978594A; JPH02151030A; EP0364740A2; EP0364740B1; DE68926143D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Struktur, die zur Aufbringung eines Metallisierungsmusters auf derselben geeignet ist, wobei die Struktur über einem Substrat liegt, und auf Verfahren zur Bildung einer derartigen Struktur auf einem Substrat unter Verwendung photolithographischer Techniken.
Eine Technik zur Prozeßvereinfachung, die gegenüber einem üblichen MLR-Prozeß bei der Fertigung integrierter Schaltkreise sowohl bei Technologien für Halbleiter hoher Dichte als auch bei Packungstechnologien in hohem Maße vorteilhaft ist, ist eine, bei der die Photoresistmaske durch eine Behandlung mit einem siliciumorganischen Reagens in Lösung oder in Gasphase nach der Strukturierung des Resistes durch einen üblichen Prozeß gegenüber O&sub2; beständig gemacht wird. Die silylierte Resistmaske wird dann dazu verwendet, eine darunterliegende polymere Beschichtung durch eine O&sub2;-Plasmabehandlung, wie reaktives Ionenätzen, zu strukturieren, wobei die Beschichtung über dem Substrat liegt. Durch Verwendung der Silylierungs-Vorgehensweise kann eine relativ dünnere Resistschicht ohne die Notwendigkeit für eine separate Maskenschicht eingesetzt werden, da die silylierte Resistschicht als eine effektive Maske während des reaktiven Ionenätzvorgangs mit O&sub2; (O&sub2;-RIE) des darunterliegenden polymeren Materials wirkt, um das Substrat für eine nachfolgende Deposition eines Zwischenverbindungs-Metallmaterials durch einen Lift-off- Prozeß strukturartig freizulegen. Durch Verwenden eines dünneren Photoresistmaterials kann eine bessere und feinere Strukturdefinition auf dem darunterliegenden polymeren Material erzielt werden. Alternativ kann eine Prozeßvereinfachung durch Verwendung einer siliciumhaltigen, strahlungsempfindlichen Polymerschicht, wie einer gegenüber O&sub2;-RIE beständigen bildgebenden Schicht, auf der Polymerunterschicht bereitgestellt werden. In diesem Fall wird die Struktur durch übliche lithographische Techniken in der Oberschicht definiert, und dann wird die Resiststruktur in die Unterschicht durch O&sub2;-RIE kopiert, wenn die siliciumhaltige Schicht als Maske fungiert. Derartige Silylierungstechniken sind bekannt aus und beschrieben in US-Patent Nr. 4 552 833; und der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 720 781; der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 713 370; der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 713 509.
In dem Silylierungsprozeß unter Verwendung der Lösungstechnik wird der gesamte Stapel in die Lösung des silylierenden Reagens in einem Lösungsmittel eingetaucht, das derart ausgewählt ist, daß eine homogene Lösung des Organosilans gebildet wird, daß jedoch kein Teil des Polymerfilms während der Silylierung erodiert wird. Für die praktische Nutzbarkeit dieser Technik zur Bereitstellung eines notwendigen Einbaus der Siliciumkomponente in die Harzmatrix muß die Resistschicht eine Polymerphase mit einer reaktiven Restfunktionalität wie im Fall von Phenolharzen (oder Novolakharzen) beinhalten, und gleichzeitig muß das darunterliegende Polymer gegenüber dem Silylierungsprozeß inert und beständig sein. Es wurde festgestellt, daß die herkömmlichen Polyimide, wie PMDA-ODA (pyromellitisches Dianhydridoxydianilin) oder Pyralin P12540, die von E.I. duPont de Nemours Co. (im folgenden duPont) erhältlich sind, nicht geeignet sind, da diese ausnahmslos zur Bildung eines nicht entfernbaren RIE-Rückstands führen und außerdem aufgrund der Unlöslichkeit in üblichen Lösungsmitteln nach Härtung der Polymere bei hoher Temperatur nicht für einen Lift-off-Prozeß verwendet werden können. Andererseits ist die Verwendung löslicher Polyimide, wie XU-218 von Ciba-Geigy, auf dünne Filme (weniger als 2 µm bis 3 µm) begrenzt, da diese Filme bei einer größeren Dicke unter Silylierungsbedingungen, die Eintauchprozesse in Lösungsmittel beinhalten, Rißbildung und Aufspringen erfahren.
Außerdem führt das reaktive Ionenätzen mit O&sub2; dieser und anderer herkömmlicher Polymere des Standes der Technik, wie Polysulfone von ICI Industries, zur Bildung nicht entfernbarer RIE-Rückstände. Mit der Verwendung eines Silylierungsprozesses in Lösung entstand das Problem von RIE-Rückständen, die auch nach einem 50%igen bis 70%igen Überätzen nicht entfernt werden konnten. Wenngleich dies verschiedene Formen annehmen kann, ist ein resultierender Zustand als "Gras"-Bildung bekannt. Dies ist durch ein uneben geätztes Polymer charakterisiert, wobei dünne Stäbe aus Polymer vorliegen, die sich von der ansonsten freiliegenden Oberfläche des Substrats unterhalb des geätzten Polymers nach oben erstrecken, wobei sie demselben das Aussehen von "Gras" verleihen, das von der Oberfläche des Substrats aus wächst. Partikel aus Silicium, die in diesen dünnen Stäben eingebettet sind, scheinen sowohl die Ursache davon als auch von anderen ähnlichen Typen von Zuständen zu sein, bei denen die Oberfläche nicht vollständig gereinigt wurde.
Derartige Rückstände sind unerwünscht, da diese mit dem Substratmetall und/oder Metall-zu-Metall-Kontakten in nachfolgenden Metallisierungsschritten wechselwirken, was zu einer Vielzahl von Problemen einschließlich Kontaktwiderstand und Metallhaftung führt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Oberflächenstruktur auf einem Substrat bereitzustellen, die frei von "Gras" oder anderen Rückständen ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Bildung eines Musters auf derselben, wobei dieses Muster und das darunterliegende Substrat frei von "Gras", und anderen Rückständen sind.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens, das sich auf die Musterfestlegung auf einem Substrat durch vereinfachte Verfahren, wie eine Doppelschichtstruktur unter Verwendung eines silylierten oder siliciumhaltigen Photoresistmaterials, bezieht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Herstellung von Halbleiterkomponenten, wie integrierten Schaltkreisen und Verdrahtung, zu erleichtern.
Diese Aufgaben werden durch eine Struktur, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, und durch das Verfahren, wie es in Anspruch 5 definiert ist, erfüllt.
Die Erfindung verbessert die Polymerunterschicht für MLR-Verfahren zur Definition von Zwischenverbindungs-Metallmaterial. Die Verbesserung wird insbesondere durch fluorhaltige Segmente in dem strukturellen Netzwerk aus Polymer bewirkt.
Durch die Erfindung wird eine Technik zur Erzielung einer rückstandsfreien, gleichmäßigen, rißfreien Struktur durch einen darunterliegenden Polymerfilm auf einem Substrat mittels reaktivem Ionenätzen des Polymers unter Verwendung einer Vorgehensweise mit Silylierung von belichtetem Resist zur Erzeugung einer Ätzmaske bereitgestellt. Die Resistschicht beinhaltet zum Beispiel ein Phenol- oder Novolakharz und eine strahlungsempfindliche Verbindung, wie Naphthochinondiazidsulfonatester (US-Patent Nr. 3 661 582). Durch Verwendung einer Unterschicht aus fluorhaltigem Polymer wird eine saubere Bildübertragung frei von "Gras", und anderen Rückständen nach einem Ätzvorgang ohne irgendein Problem hinsichtlich Rißbildung oder Verschlechterung von mechanischen Eigenschaften der Polymerschicht erzielt.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfinderischen Struktur und der erfinderischen Verfahren sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Berücksichtigung der begleitenden Zeichnungen deutlicher.
Die Fig. 1 bis 5 sind diagrammatische Querschnittsdarstellungen verschiedener Schritte in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Technik zur Erzeugung und Übertragung eines Bildes auf eine darunterliegende Struktur bereitgestellt. Die Fig. 1 bis 5 zeigen die Erfindung in einer ihrer Ausführungsformen ausführlich, soweit Sie sich auf die Herstellung von Mehrebenen-Metallstrukturen unter Verwendung einer Polymerisolation mit zusätzlichen Passivierungsschichten aus Si&sub3;N&sub4; bezieht. Fig. 1 zeigt einen auf eine herkömmliche Weise hergestellten Siliciumwafer 10 mit einer darauf befindlichen planarisierenden Polymerbeschichtung 12 und einer Ätzstoppschicht 14 aus Siliciumnitrid, die oben auf der Schicht 12 ausgebildet ist. Das Polymer der Schicht 12 ist vorzugsweise ein von PMDA-ODA abgeleitetes Polyimid, das von duPont unter dem Handelsnamen Pyralin erhältlich ist, und die Siliciumnitridschicht kann entsprechend üblicher Techniken durch ein Plasmaverfahren abgeschieden sein, zum Beispiel durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), wie im US- Patent 4 367 119 "Planar Multi-Level Metal Process with Built-In Etch Stop", 4. Januar 1983, J.S. Logan et al. beschrieben. Das Siliciumsubstrat und dessen Herstellung sind auf dem Fachgebiet allgemein bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung an sich, da andere Substrate und/oder Schichten auf denselben ebenfalls verwendet werden können.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Schicht 16 aus einem fluorhaltigen Polymer, z. B. einem fluorierten Polyimid, über der Siliciumnitridschicht 14 angebracht und gehärtet. In einigen Fällen kann diese fluorierte Polymerschicht 16 die Funktion der planarisierenden Schicht 12 ausüben, wobei sie (die Polymerschicht 16) in diesem Fall direkt auf dem Substrat 10 aufgebracht wird und die Schichten 12 und 14 weggelassen werden. Oben auf dem fluorhaltigen Polymer 16 wird eine Schicht aus Photoresistmaterial angebracht. Jedes beliebige der herkömmlichen Photoresiste, wie jene auf Zweikomponentensystemen basierenden, die eine photoaktive Verbindung beinhalten, und Novolakharze oder Harze vom Polyvinylphenol-Typ können eingesetzt werden. Typische Beispiele für Photoresistzusammensetzungen der Zweikomponenten-Kategorie vom positiven Typ sind von Shipley Company vertriebene Ausgangsgemische vom AZ-Typ, die Photosensibilisierungsmittel vom Chinondiazid-Typ in Novolakharzen enthalten. AZ1350J, das auf Phenolharz (Novolak) und Naphthochinon-1,2-diazid-5-sulf6natester basiert, ist besonders geeignet. Eine weitere Kategorie von hochempfindlichen, positiv wirkenden Harzausgansgemischen sind auf Polyolefinsulfon-Novolak basierende Zusammensetzungen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird das Photoresist 18 mit Strahlung der geeigneten Wellenlänge, z. B. UV, bildweise belichtet, um das gewünschte Bild in dem Photoresist zu erzeugen, und das Photoresist wird entwickelt, um den belichteten Bereich zu entfernen und das darunterliegende fluorierte Polyimid freizulegen oder aufzudecken. Typische siliciumorganische Monomere, die für die Silylierung einer strukturierten Photoresistschicht verwendet werden können, sind:
N,N-Diethylaminotrimethylsilan
Hexamethyldisilazan
1,1,3,3-Tetramethyldisilazan
Hexamethylcyclotrisilazan
Dimethyldichlorsilan
Divinyltetramethyldisilazan
Trimethyltrivinylcyclotrisilazan.
Diese können in organischen Lösungsmitteln bis zu 5 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent gelöst werden, um eine Silylierungslösung zu bilden. Organische Lösungsmittel sind derart auszuwählen, daß während der Silylierung bei 20ºC bis 65ºC während 5 Minuten bis 30 Minuten an der fluorhaltigen Unterschicht oder dem Photoresistfilm keine Schädigung verursacht wird. Typische Lösungsmittel, von denen festgestellt wurde, daß sie mit der fluorhaltigen Unterschicht dieser Erfindung kompatibel sind, sind Benzen, Toluen, Xylen, Hexan, Pentan oder Gemische derselben, oder in Kombination mit 1% bis 5% eines stärker polaren Lösungsmittels, wie n-Methylpyrollidon, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, n-Propylamin, Diglycolether und F-Butyrolacton. Der resultierende Stapel wird dann silyliert, z. B. durch Eintauchen in eine Lösung, die 3% bis 15% eines Silylierungsmittels, wie funktionalisiertes Silan, in einem nicht polaren Lösungsmittel enthält, was den Einbau von siliciumorganischen Segmenten durch Reaktion mit ,aktiven Stellen auf den Photoresistkomponenten bewirkt, wobei das strukturierte Photoresist in eine effektive Maske zur Strukturübertragung in die Unterschicht durch reaktives Ionenätzen mit O&sub2; umgewandelt wird. Dann wird das reaktive Ionenätzen mit O&sub2; durchgeführt, wie in Fig. 4 gezeigt, um den freiliegenden Bereich des fluorhaltigen Polyimids wegzuätzen.
Das unterscheidende Merkmal der fluorhaltigen Polymerunterschicht besteht darin, daß sie zu rückstandsfreien oder "gras"freien und rißfreien RIE-Ätzstrukturen führt, was einen einzigartigen Vorteil gegenüber üblichen Unterschichten aus Polyimid, wie ICI-Polysulfon und Ciba-Geigy Probimid XU-284 etc., darstellt. Gemäß dieser Erfindung sind die bevorzugten fluorhaltigen Polymere Polyimide, die von einer Hexafluorisopropyliden(- C(CF&sub3;)&sub2;)-Gruppe abgeleitet sind, die Dianhydride und/oder Diamine enthalten, wie unten gezeigt (Strukturen von vollständig imidisierten Polymeren)
wobei:
R = -C(CF&sub3;)&sub2;, (CF&sub2;)&sub1;&submin;&sub6;, O, S, SO&sub2;, CO
R' = C (CF&sub3;)&sub2;, (CF&sub2;)&sub1;&submin;&sub6;, O, S, SO&sub2;, CO
R'' = CF&sub3;, H.
Ein spezielles Material dieser Klasse ist von 2,2-Bis(3,4-dicarboxyphenyl)hexafluorpropandianhydrid (6-FDA) und Oxydianilin (ODA), wie unten gezeigt, abgeleitet: Polyamidsäure Wärme Aufschl. auf Substrat Lösung Vollständig imidisiertes Polymer
Das Polyamidsäure-Ausgangsgemisch ist unter dem Handelsnamen RC2566 von duPont mit etwa 15% bis 20% Feststoffen als Lösung, in NMP mit 10% bis 20% Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel kommerziell erhältlich. DuPont-Harz NR 150, das ein verwandtes fluorhaltiges Polyimid ist, kann ebenfalls verwendet werden.
Bezüglich RC2566 und verwandten 6F-haltigen Polymeren als Unterschichten wurde festgestellt, daß, anders als bei nicht fluorhaltigen Polyimiden, wie PMDA-ODA oder BTDA-ODA, die bei 200ºC bis 250ºC gehärteten Filme aus Polyimiden, die aus 6-FDA abgeleitet sind, in NMP löslich blieben und daher für Lift-off-Anwendungen in Mehrschicht-Metall- und Mehrschicht-Resistprozessen verwendet werden konnten. Diese Filme entwickeln nach einem Härten über 300ºC Lösungsmittelbeständigkeit. So wird festgestellt, daß die fluorhaltigen Polyimide, typischerweise RC2566 und verwandte Materialien, für allgemeine Anwendungen als eine Unterschicht überlegen sind. Signifikante, entdeckte Vorteile sind:
(1) Rückstandsfreie oder "gras"-freie Strukturübertragung durch O&sub2;-RIE in einem Doppelschicht-Resistprozeß, der einen Silylierungsschritt nach der Entwicklung beinhaltet.
(2) Rückstandsfreie oder "gras"-freie Strukturübertragung durch O&sub2;-RIE in einem Dreischicht-Prozeß unter Verwendung einer aufgeschleuderten RIE-Barriere über der Unterschicht und der Resistschicht, wie üblichen MLR-Prozessen.
(3) Kein Problem hinsichtlich Rißbildung einer Unterschicht bis zu einer Dicke von 12 Mikrometer während jedem der Prozeßschritte einschließlich Silylierung, O&sub2;-RIE und Lift-off in Lösungsmitteln, wie NMP.
(4) Allgemeine Anwendung als eine Unterschicht mit verbesserter Leistungsfähigkeit bei Metall-Lift-off, Strukturübertragung durch Ionenimplantation und anderen Fertigungssequenzen.
Wenn eine Schicht aus Siliciumnitrid oder eine alternative anorganische, metallorganische oder organische Doppelpassivierungsschicht darunter verwendet wird, kann diese dann durch herkömmliches reaktives Ionenätzen mit CF&sub4; oder CF&sub4; plus O&sub2; entfernt werden, wie in Fig. 5 gezeigt, gefolgt von einer Metallisierung durch Aufsputtern oder Aufdampfen und nachfolgendes Lift-off in NMP, um eine saubere, gut definierte, gut haftende Metallisierungsstruktur guter Qualität bereitzustellen.

Beispiel 1

Saubere Siliciumwafer wurden mit einem Haftverbesserungsmittel aus 0,1% Γ-Aminopropyltriethoxysilan in Wasser oder in einem Ethanol-Wasser-Gemisch oberflächenbehandelt, gefolgt von einem Aufschleudern von PMDA-ODA-abgeleiteter Polyamidsäure, die von duPont erhältlich ist, als einer Planarisierungsbeschichtung, und einem Härtungs-/Backzyklus unterworfen, der 15 Minuten bei 85ºC gefolgt von 25 Minuten bei 200ºC, dann 30 Minuten bei 300ºC und schließlich 40 Minuten bei 400ºC in einer inerten Atmosphäre umfaßt. Dies stellt eine Beschichtung mit einer endgültigen Dicke von 5,5 µm bereit . . Eine Siliciumnitridschicht mit einer Dicke von etwa 250 nm wurde durch Plasmabeschichtung aufgebracht, wonach die Substrate während 10 Minuten auf 200 ºC erwärmt und dann erneut mit einer 0,1%igen Lösung von Γ-Aminopropyltriethoxysilan in Wasser oder in einem Ethanol-H&sub2;O-Gemisch grundiert wurden.
Es wurde ein kommerzielles Ausgangsgemisch aus einem fluorhaltigen Polymer RC2566, das von duPont erhältlich ist, mit 20% Feststoffen in N-Methylpyrrolidon (NMP) erhalten und auf das grundierte Substrat aufgeschleudert und einem Härtungszyklus bei 85ºC während 25 Minuten, 150ºC während 20 Minuten und 230ºC während 30 Minuten unterworfen, um 3 µm bis 4 µm dicke Filme zu bilden. Für dickere Filme (8 µm bis 10 µm) kann der erste Auftrag nur bei 150ºC gebacken werden, und ein zweiter Auftrag aus dem verdünnten Polymer RC2566 wurde angebracht, gefolgt von dem Backzyklus, der 85ºC während 25 Minuten, 25 Minuten bei 200ºC und schließlich 30 Minuten bei 230ºC umfaßt, um eine Schicht mit einer Dicke von 8 µm zu ergeben. Bei Verwendung eines RC2566 Ausgangsgemischs mit hohen Molekulargewichten können 8 µm bis 10 µm dicke Beschichtungen in einem einzigen Auftrag erzeugt werden.
Für eine dickere Unterschicht, z. B. 10 mm bis 12 µm, die bei bestimmten Packungsanwendungen erforderlich ist, kann entweder ein Material mit hoher Viskosität verwendet werden, um dicke Filme in einem einzigen Auftrag zu bilden, oder Mehrfachbeschichtungen aus Material mit niedrigerer Viskosität unter Verwendung von Härten bei 130ºC bis 150ºC zwischen den Aufträgen.
Nach Bildung der gewünschten Dicke der Unterschicht nach dem Back-/Härtungszyklus bei 230ºC bis 250ºC wurde ein herkömmliches positives Photoresist-Ausgangsgemisch, Shipley Company 1450B, bei 3000 Umdrehungen/Min. während 30 Sekunden bis 45 Sekunden aufgeschleudert und bei 85ºC während 30 Minuten gebacken, um eine etwa 0,8 µm dicke Resistschicht zu bilden. Das Resist wurde dann mit mittlerer UV-Strahlung während 22 Sekunden bis 25 Sekunden bildweise belichtet. Das belichtete Bild wurde dann in einem 1 : 4,5-AZ-Entwickler (geliefert von Shipley Corp.) durch Eintauchen entwickelt und gründlich mit deionisiertem Wasser gespült und während 10 Minuten bei 85ºC gebacken.
Das strukturierte Resist wurde durch Eintauchen in eine 10%ige Lösung von Hexamethylcyclotrisilazan (HMCTS) in Xylen mit 1% NMP bei 28ºC bis 42ºC während 15 Minuten silyliert und mit Xylen gespült. Alternativ kann das strukturierte Resist durch Eintauchen in eine 6%ige Lösung von Divinyltetramethyldisilazan und Γ-Aminopropyltriethoxysilan (10 : 1) in Xylen während 15 Minuten bei 35ºC silyliert werden. Der Silylierung folgt ein O&sub2;-RIE-Prozeß, um die Struktur in die Unterschicht aus fluorhaltigem Polyimid zu übertragen. Dies kann in einer GCA-Einrichtung für reaktives Ionenätzen bei 300 Watt und 31 µbar Druck mit etwa 28 sccm O&sub2; unter Verwendung der silylierten Resistschicht als der Ätzmaske bei einer Ätzrate von RC2566-Polyimid von 170 nm/Minute durchgeführt werden. Im allgemeinen beinhaltet das Verfahren eine Überätzung von etwa 50% bis 70%, um einen adäquaten Überhang zu gewährleisten, wenn ein Lift-off-Profil gewünscht ist. In diesem Stadium tritt keine Rißbildung oder eine andere Schädigung an der Polyimidbeschichtung auf, und das resultierende Bild ist sauber und frei von "Gras" oder anderen Rückständen. Das Siliciumnitrid kann durch herkömmliches reaktives Ionenätzen mit CFE geätzt werden. Wenn gewünscht, kann ein Schritt nach dem Ätzen zur Reinigung in einem Tauchbad mit gepufferter HF und zur Spülung in deionisiertem Wasser eingesetzt werden, was auch das verbliebene silylierte Photoresist entfernt.
Eine nachfolgende deckende Aufdampfung von Al/Cu oder Cu, gefolgt von der Entfernung der Lift-off-Schablone durch übliches Tränken in NMP bei 70ºC bis 85ºC während 1 Stunde bis 2 Stunden ergab Metallstrukturen mit ausgezeichneter Qualität.

Beispiel II

Ein Siliciumwafer wurde mit einer 0,1%igen Lösung von Γ-Aminopropyltriethoxysilan als einem Haftverbesserer grundiert. Dann wurde ein fluorhaltiges Polymerausgangsgemisch, RC2566 (duPont), aufgeschleudert und bei 220ºC während 30 Minuten gebacken, um einen 1,2 µm dicken Film zu erzeugen. Ein herkömmliches positives Photoresist AZ1350J, basierend auf Novolak-Harz mit einem Chinondiazid-Photosensibilisierungsmittel, wurde mit einer Dicke von etwa 0,8 µm angebracht und bei 85ºC während 30 Minuten gebacken. Das Resist wurde strukturweise mit Strahlung im nahen UV-Bereich (365 nm) belichtet und bei 95ºC während 5 Minuten nachgebacken. Das belichtete Resist wurde in 0,17 N KOH entwickelt und gespült.
Darauf folgend wurde eine Silylierung in 10% Hexamethylcyclotrisilazan (HMCTS) und 90% Xylen bei 55ºC während 15 Minuten durchgeführt, und es wurde in Xylen gespült sowie mit einem Stickstoffgasfluß getrocknet. Dann wurde in einer Atzeinrichtung Modell 8100, die von Applied Materials Co. hergestellt wird, bei einer Leistung von 800 Watt, einem Druck von 10,67 µbar (8 mTorr) und einem Sauerstofffluß von 31 sccm sowie einem Argonfluß von 13 sccm reaktives Ionenätzen durchgeführt. Dann wird das darunterliegende Material geätzt. Dem folgte ein Ablösevorgang in N-Methylpyrrolidon bei 70ºC, gefolgt von einer letzten Reinigung in einem Gemisch aus konzentrierter Schwefelsäure-Salpetersäure mit nachfolgender Spülung. Das Ergebnis war ein Substrat, das in den geätzten Gebieten frei von jeglichem Restpolymer und insbesondere frei von "gras"-ähnlichem Rückstand war.

Beispiel III

In diesem Fall wurde eine RC2566-Unterschicht in Verbindung mit einem auf Polyolefinsulfon-Novolak basierenden Harz verwendet. Das Resist wurde durch eine E-Strahl-Belichtung (5 µC/cm²) strukturiert und in einer wäßrigen Base gespült. Eine Silylierung wurde in einer 5%igem Lösung von HMCTS in Xylen bei 55ºC während 5 Minuten ausgeführt, und dann wurde die Struktur durch O&sub2;-RIE in die Unterschicht übertragen, mit gepufferter HF während 15 Sekunden behandelt, gefolgt von einer Spülung mit DI-Wasser.
Dieser Prozeß wurde auf weiteren Substraten, wie Siliciumoxid, Polysilicium und sogar Metallen, wie Wolfram, angewendet.
Der Grund dafür, daß das fluorhaltige Polyimid als Unterschichtpolymer in einem Prozeß so effektiv ist, bei dem eine Silylierung verwendet wird, ist nicht völlig verstanden. Es wird jedoch angenommen, daß dies ein Resultat von mehreren, in Wechselbeziehung stehenden Phänomenen und Mechanismen ist. Als erstes ist zu erwähnen, daß eine Silylierung des Resistes eine Reaktion des silylierenden Reagens mit aktiven Stellen, wie freien Hydroxylgruppen (-OH) auf der Resistpolymermatrix, wie Novolak, beinhaltet, um eine siliciumhaltige, strukturierte Harzschicht bereitzustellen, die gegenüber reaktivem Ionenätzen mit O&sub2; beständig ist. In einer ähnlichen Weise reagieren, wenn irgendwelche aktiven Stellen in der darunterliegenden Polymerschicht vorhanden sind, die siliciumorganischen Reagenzien an diesen Stellen, was den Einbau von Silicium in das darunterliegende Polymer bewirkt, was zu RIE-Rückständen in dem O&sub2;-RIE-Ätzprozeß führen kann. Es ist möglich, daß die fluorhaltigen Polyimide weniger Zugriffsstellen als herkömmliche Polyimide bereitstellen. Das Vorhandensein des Fluors stellt jedoch, auch wenn während der Silylierung oder während des nachfolgenden Ätzvorgangs irgendeine Siliciumkomponente in die Polyimidschicht eingebaut wird, einen Reaktionspartner bereit (um ein Gas zu bilden), der das Silicium wegätzt, das ein Teil des Polyimides oder in demselben enthalten ist. Das Fluor jedoch, das ein Bestandteil der Polyimidfilmstruktur ist, ist lokalisiert und erzeugt im allgemeinen nicht ausreichend Fluor in der Atmosphäre, um das Funktionieren des silylierten Resistmaterials als eine Ätzmaske nachteilig zu beeinflussen; genausowenig beeinflußt es die Ätzeigenschaften, z. B. das Anwachsen der isotropen Ätzkomponente. Nichtsdestoweniger wurde festgestellt, daß fluorhaltige Polyimide unabhängig von dem Mechanismus oder den Mechanismen, die beteiligt sind, einzigartige Vorteile hinsichtlich der Leistungsfähigkeit bereitstellen, wie in dieser Erfindung beschrieben.
Es versteht sich außerdem, daß die obigen Beispiele lediglich Illustrationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung sind und daß die Erfindung nicht auf die speziellen aufgeführten Schritte und Materialien beschränkt ist. Zum Beispiel können auch andere Silylierungstechniken und -agenzien verwendet werden. Zum Beispiel können andere Lösungs-Silylierungsagenzien verwendet werden, wie sie in Chemical Abstracts, Bd. 104, 43197, R. Morgan und im US-Patent 4 552 833 beschrieben sind. Außerdem kann Dampf-Silylierung, wie im U.K.-Patent 2 154 330, veröffentlicht am 4. September 1985, beschrieben, eingesetzt werden.
Die spezielle Technik ist abhängig vom Resisttyp. Wenn ein positives Resist eingesetzt wird, wie AZ oder Polyolefinsulfon-Novolak-Typen, erfahren die belichteten Bereiche aufgrund einer vergleichsweise schnelleren Diffusion eine Silylierung, siehe z. B. "A Principle of Formation of Plasma Developable Resins and Importance to Dry Development of Submicron Lithography", J. Vie, Science Technical 19(2), Juli 1, August 1981, S. 2591. Im Fall bestimmter negativer Resiste werden die belichteten Bereiche bevorzugt silyliert. Das O&sub2;-RIE wird dann wie oben gezeigt durchgeführt.
Wenngleich die Erfindung mit einem bestimmten Grad an Eigenheit beschrieben wurde, können zahlreiche Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Struktur, die zur Deposition eines Metallisierungsmusters auf derselben geeignet ist, mit einem Muster aus einem gehärteten polymeren Material, das auf einem Substrat aufgebracht ist, wobei das gehärtete polymere Material wenigstens eine, fluorhaltige funktionelle Gruppe aufweist, und aus einem darüberliegenden silylierten Photoresistmaterial.

2. Struktur gemäß Anspruch 1, wobei das polymere Material ein fluorhaltiges Polyimid ist, wobei der gewichtsprozentuale Fluorgehalt in der Polyimid-Wiederholungseinheit vorzugsweise 5 Prozent bis 30 Prozent beträgt.

3. Struktur gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das polymere Material die Struktur:

aufweist, wobei:

R = -C(CE&sub3;)&sub2;, (CF&sub2;)&sub1;&submin;&sub6;, O, S, SO&sub2;, CO

R' = -C(CF&sub3;)&sub2;, (CF&sub2;)&sub1;&submin;&sub6;, O, S, SO&sub2;, CO

R'' = CF&sub3;, H.

4. Struktur gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Substrat aus Silicium, Siliciumoxid, Polysilicium der einem Metall wie Wolfram besteht oder wobei das Substrat an das polymere Material mit einer Siliciumnitridschicht angrenzt, die mit ihrer anderen Oberfläche vorzugsweise an ein Planarisierungspolymer angrenzt, das einen Halbleiterkörper bedeckt.

5. Verfahren zur Erzeugung einer Struktur auf einem Substrat durch photolithographische Techniken, das die Schritte umfaßt,

Bereitstellen eines Substrates;

Anbringen einer Schicht aus polymerem Material an dem Substrat, die eine fluorhaltige Komponente beinhaltet, und

Härten des Materials,

Anbringen einer Schicht aus Resist über dem polymeren Material;

bildweises Belichten und Entwickeln des Photoresistmaterials, um das darunterliegende polymere Material bildweise freizulegen;

Silylieren des auf dem polymeren Material verbliebenen Photoresistmaterials;

und reaktives Ionenätzen der freigelegten darunterliegenden Polymergebiete, um das Muster unter Verwendung des silylierten Resistes als einer Ätzbarriere hinunter auf das darunterliegende Substrat zu übertragen, um dadurch ein Oberflächenmuster auf dem Substrat zu erzeugen, das im wesentlichen frei von jeglichem Rückstand oder Brechen in der mit Muster versehenen darunterliegenden polymeren Schicht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das polymere Material ein fluorhaltiges Polyimid ist, wobei der gewichtsprozentuale Fluorgehalt in der Polyimid-Wiederholungseinheit vorzugsweise 5 Prozent bis 30 Prozent beträgt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5 bis 6, wobei das polymere Material die Struktur

aufweist, wobei:

R = -C(CF&sub3;)&sub2;, (CF&sub2;)&sub1;&submin;&sub6;, O, S, SO&sub2;, CO

R' = -C(CF&sub3;)&sub2;, (CF&sub2;)&sub1;&submin;&sub6;, O, S, SO&sub2;, CO

R'' = CF&sub3;, H.

8. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 7, wobei es sich bei dem reaktiven Ionenätzen um reaktives Ionenätzen mit O&sub2; handelt.

9. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 5 bis 8, wobei siliciumorganische Monomere für die Silylierung verwendet werden, wobei das siliciumorganische Monomer vorzugsweise aus der Gruppe

N,N-Diethylaminotrimethylsilan,

Hexamethyldisilazan,

1,1,3,3-Tetramethyldisilazan,

Hexamethylcyclotrisilazan,

Dimethyldichlorsilan,

Divinyltetramethyldisilazan und

Trimethyltrivinylcyclotrisilazan

ausgewählt wird.