NL8700421A

NL8700421A - Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting.

Info

Publication number: NL8700421A
Application number: NL8700421A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1988-09-16
Also published as: JPS63253356A; KR880010477A; EP0281182A1

Description

ί 4 ΡΗΝ 12.044 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken “Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting".

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderinrichting, waarbij op een substraat een laag van een stralingsgevoelig materiaal wordt gebracht, welke laag patroonmatig wordt bestraald, waarna de laag wordt behandeld met een 5 organosiliciumverbinding waardoor in een gewenst patroon een silylerings reactie plaatsvindt, waarna de laag wordt ontwikkeld met behulp van een plasma.

In de Europese octrooiaanvrage EP 184567 is een derge lijke werkwijze beschreven, waarin als stralingsgevoelig materiaal 10 (resist) bijvoorbeeld een mengsel van een novolak en een diazonafto chinon-verbinding wordt beschreven. De selectiviteit van de silylerings reactie, welke wordt uitgevoerd met een gasvormige organosiliciumverbin ding, berust op een verhoogde permeabiliteit in de bestraalde gebieden.

Als gevolg van een reactie van de organosiliciumverbinding met fenoli 15 sche hydroxylgroepen worden siliciumhoudende organische groepen inge bouwd in het novolak polymeer. Bij het ontwikkelen van het resistmate riaal in een plasma, bijvoorbeeld een reactief zuurstofhoudend plasma, wordt een laagje siliciumoxide gevormd dat de daaronder liggende lagen tegen etsen beschermt. De patroonmatig bestraalde gebieden worden daarom 20 niet geëtst (negatief proces).

Een nadeel van de bekende werkwijze is dat de fenolische hydroxylgroepen waaraan silylering plaatsvindt zowel op de belichte als op de onbelichte plaatsen aanwezig zijn. De selectiviteit is betrekke lijk gering omdat deze alleen berust op een snelheidsverschil als gevolg 25 van de verhoogde permeabiliteit in de bestraalde gebieden.

De uitvinding beoogt een werkwijze voor de vervaardiging van een halfgeleiderinrichting te verschaffen van het hiervoor beschre ven type, met een verbeterde patroondefinitie (scherpere overgangen) zodat ook kleine details nauwkeurig kunnen worden geëtst. Daarnaast 30 beoogt de uitvinding een werkwijze te verschaffen welke desgewenst ook in een positief proces kan worden toegepast.

Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door 8700421 Ϋ %» ΡΗΝ 12,044 2 een werkwijze zoals in de aanhef is beschreven, welke werkwijze verder is gekenmerkt doordat de selectiviteit van de silyleringsreactie wordt vergroot door een aan de silyleringsreactie voorafgaande patroonmatige vernetting van de moleculen van het stralingsgevoelige materiaal. Als 5 gevolg van de vernettingsreactie wordt het inbouwen van siliciumhoudende organische groepen ter plaatse sterk onderdrukt.

De silyleringsreactie kan worden uitgevoerd met hexa methyldisilazaan, met trimethylsilyldimethylamine, tetrachloorsilaan, trimethylchloorsilaan of een of meer van de organosiliciumverbindingen 10 welke in de Europese octrooiaanvrage EP 184567 voor dat doel worden genoemd.

In het Amerikaanse octrooischrift ÜS 4613398 wordt een positief werkend systeem beschreven voor het plasma-etsen, waarbij een resistmateriaal patroonmatig wordt bestraald met kortgolvig ultraviolet 1 15 licht, waardoor vermindering van de permeabiliteit van een silylerings reagens wordt verkregen. Toepassing van kortgolvig ultraviolet licht stuit echter op technologische bezwaren bij het patroonmatig belichten en leidt bovendien alleen tot cross-linking in de oppervlaktelaag van het resistmateriaal.

20 De werkwijze volgens de uitvinding kan worden toegepast in een negatief proces, waarbij een stralingsgevoelig materiaal wordt toegepast waarin onder invloed van een patroonmatige bestraling in aan wezigheid van water zuurgroepen worden gevormd, waarna onder invloed van een volledige bestraling onder uitsluiting van water een vernettings 25 reactie wordt uitgevoerd in de niet patroonmatig bestraalde gebieden, waarna de silyleringsreactie wordt uitgevoerd.

Met de uitdrukking "in aanwezigheid van water" wordt aangeduid dat geringe hoeveelheden water aanwezig zijn, bijvoorbeeld doordat in normale atmosferische omstandigheden (50 % relatieve vochtig 30 heid, zoals gebruikelijk in de stofarme ruimtes waarin halfgeleider inrichtingen worden vervaardigd) wordt gewerkt. In het geval dat water dient te worden uitgesloten, kan bijvoorbeeld in vacuum worden gewerkt, onder een schutgas of in gedroogde lucht.

De werkwijze volgens de uitvinding kan eveneens worden 35 toegepast in een positief proces, waartoe een stralingsgevoelig mate riaal wordt toegepast waarin onder invloed van een patroonmatige bestra ling onder uitsluiting van water een vernettingsreactie wordt uitge fc “7 Γ- t% ( .r? i p / £f i $ _j 9> *> PHN 12.044 3 voerd, waarna de silyleringsreactie wordt uitgevoerd. Daarbij wordt een verdere verbetering van de selectiviteit verkregen als na de patroon matige bestraling en voor de silyleringsreactie een volledige bestraling van de laag plaatsvindt in aanwezigheid van water onder vorming van zuur 5 groepen in de niet patroonmatig bestraalde gebieden. In een bijzonder geschikte uitvoeringsvorm Van deze werkwijze volgens de uitvinding omvat het stralingsgevoelige materiaal novolak en een diazonaftochinon-verbin ding, en is de vernettingsreactie een veresteringsreactie. De vorming van zuurgroepen in de niet patroonmatig bestraalde gebieden vermindert 10 de fysische cross-linking waardoor zwelling optreedt onder toename van de permeabiliteit voor de organosiliciumverbinding.

In een alternatieve uitvoeringsvorm van een positief proces volgens de uitvinding wordt een stralingsgevoelig materiaal toege past waarin onder invloed van een patroonmatige bestraling een zuur 15 wordt gevormd, waarna door verhoging van de temperatuur een door het zuur gekatalyseerde vernettingsreactie wordt uitgevoerd, waarna de silyleringsreactie wordt uitgevoerd. In een bijzonder geschikte uitvoe ringsvorm van deze werkwijze volgens de uitvinding omvat het stralings gevoelige materiaal polyhydroxystyreen (polyvinylfenol), een melamine 20 verbinding en een stralingsgevoelige component, bijvoorbeeld een chloor houdende triazineverbinding. Het proces met de zuur-gekatalyseerde vernettingsreactie is bijzonder gevoelig en kan met straling van elke gewenste golflengte worden uitgevoerd.

Voorbeelden van de werkwijze volgens de uitvinding worden 25 nader toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden en aan de hand van een tekening, waarin

Figuur 1 a - d schematisch een aantal stappen weergeeft in een werkwijze volgens de uitvinding (negatief systeem),

Figuur 2 a - d schematisch een aantal stappen weergeeft 30 in een werkwijze volgens de uitvinding (positief systeem),

Figuur 3 a - d schematisch een aantal stappen weergeeft in een alternatieve werkwijze volgens de uitvinding,

Figuur 4 de structuurformule weergeeft van de herhalings eenheid van een novolak polymeer, 35 Figuur 5 de structuurformule weergeeft van een benzofenon verbinding,

Figuur 6 schematisch de reactiemechanismen toont van zuur

?i 7 Λ A t n A

! .·· V V ·-!' Ï-.

9 lb PHN 12.044 4 vorming en verestering, zoals die kunnen worden toegepast in de werk wijze volgens de uitvinding,

Figuur 7 de structuurformule weergeeft van de herhalings eenheid van polyparahydroxystyreen, 5 Figuur 8 de structuurformule weergeeft van een melamine verbinding, en waarin

Figuur 9 de structuurformule weergeeft van een chloor houdende triazineverbinding.

10 Oitvoerinasvoorbeeld 1:

In Figuur 1a is een siliciumplak 1 getoond, welke door middel van opspinnen is bedekt met een stralingsgevoelige laag 2 met een dikte van 1.0 pm. Volgens dit voorbeeld wordt daarvoor het resist materiaal HPR 204 van de firma Hunt toegepast. Dit materiaal bevat een 15 novolak polymeer, zie Figuur 4, waarin de groep R volgens dit voorbeeld een methylgroep voorstelt, en als stralingsgevoelige component een triëster van een benzofenonverbinding, zie Figuur 5, waaraan drie diazochinonmoleculen R| gekoppeld zijn. De groep R in het novolak polymeer mag afwezig zijn of een andere alkylgroep voorstellen. Na het 20 opspinnen van dit materiaal wordt de laag gedurende 30 minuten in een luchtcirculatieoven op een temperatuur van 90°C gehouden. De werkwijze volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld ook worden toegepast in een bilevel systeem, waarbij de stralingsgevoelige laag 2 niet direct op een siliciurasubstraat maar op een andere polymeerlaag, bijvoorbeeld aan 25 planarisatielaag, is aangebracht.

Het resistmateriaal 2 wordt door een kontaktmasker 3 bestraald met een hogedruk-kwiklamp zonder filter (totale dosis ca. 100

O

mJ/cm , golflengte 300-500 nm). Deze bestraling vindt plaats m gewone atmosferische omstandigheden, dus in aanwezigheid van waterdamp. In 30 plaats van bestraling met UV licht kan bijvoorbeeld ook bestraald worden met elektronen of met Röntgenstralen. In het bestraalde gebied 4 vindt een omzetting plaats van de diazochinongroepen, onder afsplitsing van stikstof en onder vorming van indeencarbonzuurgroepen, zie Figuur 6. Vervolgens wordt het resistmateriaal gedurende 10 minuten in vacuum (0.2 35 Pa) op een temperatuur van 90°C gehouden.

In een volgende stap, zie Figuur 1b, wordt de gehele laag 2 in vacuum (0.2 Pa) gedurende 10 minuten bij een temperatuur van 90°C

ft 1 Γ- ft f e? M » \J V ' a * s * PHN 12.044 5 bestraald met een hogedruk-kwiklamp zonder filter (dosis ca. 450 aJ/cm2, golflengte 300-500 nm). Op de plekken die niet eerder patroon aatig werden bestraald, en waar dus nog stralingsgevoelig materiaal aanwezig is, treedt estervorming op tussen de intermediaire keteen 5 groepen (gevormd na afsplitsing van stikstof) en de fenolische hydroxyl groepen van het novolak polymeer, zie Figuur 6. Omdat de triêster van de benzofenonverbinding drie diazochinongroepen bevat, wordt hierbij een netwerk gevormd.

Vervolgens wordt een silyleringsstap uitgevoerd, zie 10 Figuur 1c, door de siliciumplak 1 met de daarop aanwezige lagen geduren de 50 minuten bij een temperatuur van 100°C in de damp van trimethyl silyldimethylamine (9000 Pa) te plaatsen. Op de plaatsen 5 waar geen verestering en vernetting heeft plaatsgevonden worden in de toplaag van het resistmateriaal siliciumhoudende molecuulgroepen ingebouwd.

15 Figuur 1d toont het resultaat na ontwikkelen met een zuur stofplasma in een parallelle-plaat reactieve-ionenetser. Het silicium houdende materiaal is omgezet in een laagje siliciumoxide 5, dat het daaronder liggende materiaal beschermt tegen etsen (negatief beeld). Bij plasma-etsen treedt geen onderetsing op.

20

Uitvoeringsvoorbeeld 2.

Figuur 2a tot d toont een alternatieve uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding. De toegepaste materialen zijn dezelfde als in uitvoeringsvoorbeeld 1. De laag 2 wordt via een masker 3 25 patroonmatig bestraald, zie Figuur 1a (dosis ca. 100 mJ/cm , golf lengte 300-500 nm). In tegenstelling tot Uitvoeringsvoorbeeld 1 wordt deze eerste, patroonmatige belichting in vacuum (0.2 Pa), dus in afwezigheid van water uitgevoerd. In het bestraalde gebied 7 vindt daarom geen zuurvorming, maar estervorming en vernetting plaats, zie 30 Figuur 6.

Bij een daaropvolgende volledige bestraling van de laag 2 in atmosferische omstandigheden, zie Figuur 2b, vindt zuurvorming plaats in de niet eerder patroonmatig bestraalde gebieden. Deze stap geeft weliswaar een verbetering van het resultaat, maar is niet strikt nood 35 zakelijk om het gewenste resultaat volgens de uitvinding te verkrijgen.

In een silyleringsstap, zie Figuur 2c, welke wordt uitge voerd onder dezelfde omstandigheden als in Uitvoeringsvoorbeeld 1, wor i> / u 0 4 2 1 I» PHN 12.044 6 den vervolgens siliciumhoudende groepen ingebouwd in de toplaag van de niet eerder patroonmatig bestraalde gebieden 5.

Na ontwikkelen in een reactief zuurstofplasma ontstaat een positief beeld, zie Figuur 2d.

5

Uitvoerinasvoorbeeld 3.

Figuur 3a toont een siliciumplak 1 welke is voorzien van een laag 2 van een stralingsgevoelig materiaal met een dikte van 1.2 pm. Het resistmateriaal wordt bereid uit 1.6 gr polyparahydroxystyreen, 10 zie Figuur 7, met een gemiddeld molecuulgewicht van 50.000, met 0.5 gr van een melamineverbinding, zie Figuur 8, en met 0.5 gr van een triazine * * . ΐ verbinding, zie Figuur 9, in 10 cm AZ verdunner (10 % tolueen, 10 % butylacetaat en 80 % methylglycolacetaat). De laag 2 wordt door middel van spincoating aangebracht en gedurende 30 minuten bij 80°C gedroogd.

15 De laag 2 wordt patroonmatig bestraald via een masker 3 met UV-licht (dosis ca. 150 mJ/cm , golflengte 300-500 nm). De bestra ling kan bijvoorbeeld ook worden uitgevoerd met kortgolvig of langgolvig UV-licht, met elektronen of met Röntgenstralen. Daarbij wordt een zuur gevormd in de bestraalde gebieden 9.

20 Vervolgens wordt de siliciumplak 1 met de daarop aanwe zige lagen gedurende 30 minuten op een temperatuur van 80°C gehouden, zie Figuur 3b, waarbij onder invloed van het gevormde zuur crosslinking optreedt in de eerder patroonmatig bestraalde gebieden 10.

De silyleringsstap wordt uitgevoerd gedurende 30 minuten 25 bij 80°C in de damp van trimethylsilyldimethylamïne (9000 Pa) waarbij in de toplaag van de niet eerder patroonmatig bestraalde gebieden 5 siliciumhoudende groepen worden ingebouwd, zie Figuur 3c.

Na ontwikkelen in een reactief zuurstofplasma ontstaat een positief beeld, zie Figuur 3d.

30 Met de werkwijze volgens de uitvinding is het mogelijk gebleken om halfgeleiderinrichtingen te vervaardigen met een hoge reso lutie en nauwkeurigheid, waarbij in het gewenste patroon sporen met een breedte van 0.4 pm kunnen worden vervaardigd.

Λ "T Λ c· , -v f

? - ? '· S

{V t V hf ‘ï ί-. £

Claims

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleider inrichting, waarbij op een substraat een laag van een stralingsgevoelig materiaal wordt gebracht, welke laag patroonmatig wordt bestraald, waar na de laag wordt behandeld set een organosiliciumverbinding waardoor in 5 een gewenst patroon een silyleringsreactie plaatsvindt, waarna de laag wordt ontwikkeld met behulp van een plasma, met het kenmerk, dat de selectiviteit van de silyleringsreactie wordt vergroot door een aan de silyleringsreactie voorafgaande patroonmatige vernetting van de mole culen van het stralingsgevoelige materiaal.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een stralingsgevoelig materiaal wordt toegepast waarin onder invloed van een patroonmatige bestraling in aanwezigheid van water zuurgroepen worden gevormd, waarna onder invloed van een volledige bestraling onder uit sluiting van water een vernettingsreactie wordt uitgevoerd in de niet 15 patroonmatig bestraalde gebieden, waarna de silyleringsreactie wordt uitgevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een stralingsgevoelig materiaal wordt toegepast waarin onder invloed van een patroonmatige bestraling onder uitsluiting van water een vernettings 20 reactie wordt uitgevoerd, waarna de silyleringsreactie wordt uitgevoerd.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat na de patroonmatige bestraling en voor de silyleringsreactie een volledige bestraling van de laag plaatsvindt in aanwezigheid van water onder vorming van zuurgroepen in de niet patroonmatig bestraalde gebieden.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 2 tot en met 4, met het kenmerk, dat het stralingsgevoelig materiaal novolak en een diazo naftochinon-verbinding omvat, en dat de vernettingsreactie een ver esteringsreactie is.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een 30 stralingsgevoelig materiaal wordt toegepast waarin onder invloed van een patroonmatige bestraling een zuur wordt gevormd, waarna door verhoging van de temperatuur een door het zuur gekatalyseerde vernettingsreactie wordt uitgevoerd, waarna de silyleringsreactie wordt uitgevoerd.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het 35 stralingsgevoelige materiaal polyhydroxystyreen en een stralings gevoelige component omvat. 6700421