DE2529054A1 - Verfahren zur herstellung eines negativresistbildes - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines negativresistbildesInfo
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Description
Böblingen, den 26. Juni 1975 kd-fe
Anmelderin: '" IEM Deutschland GmbH
Pascalstraße 100
L· S_JL u_J_.P-_JLAJL fc 8o
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: GE 975 005
Verfahren zur Herstellung_eines_ j_iej5ativresistb_ildes_
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines We- '
gativresistbildes auf einer Unterlage, bei dem ein Pdsitivresist- ;
material mit einem Gehalt an 1-Hydroxyäthyl -2-alkylimidazolin auf
eine Unterlage aufgetragen, mit aktinischer Strahlung bildmäßig belichtet und entwickelt
Bei der Herstellung monolithischer Schaltkreise nehmen lichtempfindliche
Photoresistmaterialien eine wichtige Schlüsselstellung ein. Der Einsatz solcher Photoresistmaterialien in der Schaltkreistechnologie
beruht auf deren Eigenschaft, das "Eingravieren" von Schaltbildern bestimmter Abmessungen in ein vorgegebenes monolithisches
Substratmaterial, wie beispielsweise Silicium, zu ermöglichen. Dies geschieht mittels eines photolithographischen
Prozesses, bei dem mit photographischen Mitteln zunächst ein dem Schaltkreisentwurf entsprechendes, flächenhaftes Muster mit Hilfe
einer geeigneten Maske auf die Substratoberfläche abgebildet wird, wobei der Photoresist die dazu notwendige lichtempfindliche
Schicht liefert. Durch einen nachfolgenden Entwicklungsprozeß werden an der Substratoberfläche die gewünschten Strukturmuster
freigelegt, an denen durch geeignete Prozesse bestimmte Tiefenprofile erzeugt werden können. Bei diesem Vorgang dient der Photoresist
als ein Schutzlacksystem für die durch den vorausgegangenen photolithographischen Prozeß nicht freigelegten Stellen der
Substratoberflache.
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Je nach ihrer Wechselwirkung mit Licht unterscheidet man negative und positive Photoresist-Systeme. Mit negativ bezeichnet man
einen Photoresist, der nach der Belichtung in einem geeigneten Lösungsmittel unlöslich ist, während die unbelichteten Resistpartien
von dem Entwickler weggelöst werden. Als Ergebnis erhält man freie ungeschützte Flächen auf der Substratoberfläche, die den
lichtundurchlässigen dunklen Stellen auf der Photomaske entsprechen. Beispiele für Negativ-Resistsysteme sind Photoresistmaterialien
auf der Basis von teilweise cyclisiertem cis-l,4-Polyisopren mit einem Di-azidobenzal-alkyl-cyclohexanon als Photoinitiator.
Bei einem positiven Resistsystem wird das Resistsystem bei Belichtung
so umgewandelt, daß es anschließend im Entwickler (z.B. wäßrigem gepuffertem Alkali) löslich wird. Die belichteten Stellen
des Resistfilms werden beim Entwickeln entfernt, und die freien ungeschützten Flächen auf der Substratoberfläche entsprechen
den lichtdurchlässigen Stellen auf der Photomaske. Beispiele für
! Positivresistsysteme sind Photoresistmaterialien auf der Basis
von Phenol-Formaldehyd-Harzen (Novolak-Typ) mit geeigneter MoIe-
! kulargewichtsverteilung, die eine photoaktive Verbindung, einen
sogenannten Inhibitor, beispielsweise aus der Gruppe der 5~sub-
! stituierten Diazo-naphthochinone, enthalten.
Es wurde auch bereits ein Photoresist-System vorgeschlagen, mit dem es möglich ist, eine einzelne lichtempfindliche Schicht auf
j einer Substratoberfläche mit sowohl negativer als auch positiver
ι Entwicklungsfähigkeit zu bilden. Es handelt sich hierbei um einen
Photoresist auf Spiropyranbasis, der je nach Entwickler (polar
1 oder apolar) sowohl negativ als auch positiv entwickelt werden
' kann. Nachteilig an diesem Photoresist ist seine geringe Empfindlichkeit
und sein wenig befriedigender Widerstand gegen die ; Ä'tzchemikalien, die zum Ätzen der gewünschten Oberflächenstruktu-ί
ren in das darunterliegende Siliciumdioxid verwendet werden.
Aus der DT. Offenlegungsschrift 2 36I 436 (entspricht USP
3 827 908) ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Verbesserung der Adhäsion von Positivresistmaterialien an Siliciumdioxidober-
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flächen dem Positivresist l-Hydroxyäthyl-2-alkylimidazoline beigejmischt
werden, wobei die Alkylgruppe eine gesättigte oder ungesättigte mit 7 bis 21 Kohlenstoffatomen sein kann. Wafer, die
mit einer Siliciumdioxidschicht versehen sind, werden mit dem so modifizierten Photoresist beschichtet, die Photoresistschicht wird
in bekannter Weise vorgehärtet, bildmäßig belichtet, entwickelt und nachgehärtet. Dieser Offenlegungschrift ist kein Hinweis zu
entnehmen, wie der Fachmann vorzugehen hat, um unter Verwendung dieses modifizierten Positivresistmaterials ein Negativresistbild
herzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist, ausgehend von dem oben angeführten Stand der Technik, ein Verfahren zur Herstellung eines Negativresistbildes
unter Verwendung eines Positivresistmaterials mit einem Gehalt an l-Hydroxyäthyl-2-alkyl-imidazolin anzugeben.
;Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Photore- |
jsistschicht nach der bildmäßigen Belichtung eine ausreichende Zeit !
,lang auf eine ausreichende Temperatur erhitzt und anschließend uniform mit aktinischer Strahlung belichtet wird. ;
1In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Pho- :
!toresistschicht nach der bildmäßigen Belichtung etwa 10 bis 20 jMinuten lang auf etwa 110 0G erhitzt. Nach dieser thermischen
Behandlung wird sie etwa 24 Sekunden lang uniform belichtet und in gepuffertem alkalischem Entwickler entwickelt.
;Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhält man ein Negativresistbild,
das den mit bisher bekannten Negativresistmaterialien erzeugten Resistbildern überlegen ist. Die erhaltenen Resistbilder
besitzen beispielsweise bessere Auflösungen und weniger Fehlstellen. Weiterhin ist der verwendete modifizierte Positivresist
bei der Verarbeitung nicht sauerstoffempfindlich im Gegensatz zu bisher bekannten Negativresistmaterialien. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Ätzmasken haften ausgezeichnet und die geätzten Strukturen sind somit von außerordentlicher Di-
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mensionsstabilität.
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. C
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann von einer Photomaske
ein negatives Bild erzeugt werden. Finden keine thermische Behandlung und uniforme Belichtung nach der bildmäßigen Belichtung
statt, dann kann von derselben Maske auch ein positives Bild erhalten werden. Mit dem modifizierten Positivresist können somit
von ein und derselben Maske 'Positivbilder und bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens Negativbilder erhalten werden, so
daß bei der Maskenherstellung die Notwendigkeit mehrfachen Umkopierens entfällt.
Der modifizierte Photoresist kann auch mit Elektronenstrahlen belichtet werden. Bei Elektronenstrahlbelichtungssystemen hängt
die Belichtungszeit direkt von der Größe der zu belichtenden Flä-I
ehe ab. Ist also bei der Herstellung einer Ätzmaske der größere Teil eines Chips zu belichten, dann können bei Verwendung eines
Negativresists die komplementären Flächen belichtet werden, um die gewünschte Ätzmaske bei kürzerer Belichtungszeit zu erhalten.
;Negativresistmaterialien sind aber wegen ihres geringerem Auflöisungsvermögens
zur Ätzmaskenherstellung weniger geeignet. Mit dem !modifizierten Photoresist können nach dem erfindungsgemäßen Ver-
:fahren in gleicher Weise die gewünschten Ätzmasken bei kürzerer
!Belichtungszeit erhalten werden.
j
j
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden speziellen Beschreibung
und des Ausführungsbeispiels näher erläutert.
j Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in
dem Fließschema von Fig. 1 dargestellt ist, wird ein Negativresistbild wie folgt hergestellt:
Stufe 1:
Der modifizierte Positivresist wird hergestellt, indem man ein geeignetes Positivresistmaterial, beispielsweise ein Phenol-Formaldehyd-Harz
mit einem Diazonaphthochinon-Inhibitor, das in der
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US-Patentschrift 3 201 239 beschrieben ist, mit 1 Gewichtsprozent Monazoline C (Mona Ind., Inc., Paterson, New Jersey) mischt,
!■lonazoline C, das als l-Hydroxyäthyl-2-alkylimidazolin identifiziert
wird, ist eingehender in Mona Industries Inc. Technical Bulletin 280 b, November 1966, beschrieben. Es besitzt folgende
Strukturformel:
N CH
R2.
in der R1 eine Hydroxyäthylgruppe und R2 ein Alkylrest mit 7 bis
17 Kohlenstoffatomen ist.
Stufe 2:
Ein dünner Photoresistfilm wird auf einen Siliciumwafer, der mit
einer thermisch erzeugten Siliciumdioxidschicht bedeckt ist, mittels eines Schleuderbeschichtungsverfahrens aufgetragen.
Stufe 3:
Der Photoresistfilm wird 10 Minuten lang bei 105 0C unter
Stickstoff vorgehärtet.
Stufe H:
Der Photoresistfilm wird durch eine Maske hindurch bildmäßig belichtet.
Als Strahlungsquelle dient eine 200 W Quecksilberhöchstdrucklampe . Die Belichtung kann auch in einem Elektronenstrahlbelichtungssystem
erfolgen. An den bildmäßig belichteten Bereichen wird der Photoresist zersetzt, d.h., der Diazonaphthochinon-Inhibitor
wird abgebaut.
Stufe 5:
Der bildmäßig belichtete Fhotoresistfilm wird 10 Minuten lang
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auf 105 C erhitzt. Unter diesen Bedingungen findet in den in Stufe
4 belichteten Bereichen eine Reaktion im Photoresist statt,
wodurch diese Bereiche im alkalischem Entwickler unlöslich werden. Dieser Vorgang soll nachfolgend als Vernetzung bezeichnet werden.
Stufe 6:
Nach der thermischen Behandlung wird der Photoresistfilm uniform belichtet. Bei dieser Belichtung wird der Photoresist nunmehr auch
in den bei der bildmäßigen Belichtung der Stufe 4 nicht belichteten
Bereichen zersetzt, d.h. der Diazonaphthochinon-Inhibitor wird bei der Einwirkung von Licht unter Ringverengung zur Indencarbonsäure
abgebaut. In den belichteten Bereichen der Stufe 4 findet bei der uniformen Belichtung keine wesentliche Veränderung statt.
Stufe 7:
Das Photoresistmaterial wird nach den üblichen Techniken unter Verwendung eines Entwicklers auf der Basis von Natriumdihydrogenphosphat,
Natriummetasilikat und Natriumhydroxid zu einem Negativresistbild entwickelt.
!So behandelte Wafer können in üblicher Weise in einer mit Ammo-
niumfluorid gepufferten Flußsäure-Ätzlösung geätzt werden.
;Ausführungsbeispiel:
Zu dem unverdünnten AZ-135O H Photoresist (Shipley Company, Inc.,
Newton, Mass.), einem lichtempfindlichen Phenol-Formaldehyd- !Harz mit einem Diazonaphthochinon-Inhibitor, der als 3>4-IDihydroxy-benzophenon-4-£naphthochinon(l,2)diazid(2>f]sulfonat
I identifiziert wird, wird 1 Gewichtsprozent Monazoline C (Mona ;Ind., Inc., Paterson, New Jersey), welches ein 1-Hydroxyäthyl-I2-alkylimidazolin
mit einem C7 bis C17~Alkylrest ist, zugegeben.
Die Mischung wird durch ein Filter mit einem Porendurchmesser von 1 um filtriert und dann auf einen Siliciumwafer mit einer
thermisch erzeugten Siliciumdioxidschicht mittels eines Schleuderbeschichtungsverfahrens
bei 38OO Umdrehungen/min. aufgebracht.
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Der beschichtete Wafer wird 10 Minuten lang bei 105 C unter
I Stickstoffatmosphäre vorgetrocknet.
Anschließend wird die Photoresistschicht in einem SLT-Maskenjustier-
und Belichtungsgerät, das mit einer 200 W-Quecksilberhöchstdrucklampe
ausgestattet ist, durch eine Maske hindurch !bildmäßig belichtet. Die Belichtungszeit beträgt etwa 24 Sekunden.
Unter den angegebenen Bedingungen findet in den belichteten Bereichen eine Zersetzung des Inhibitors statt, die der bei der
Einwirkung von UV-Licht auf Diazonaphthachinon stattfindenden Ringverengung und Ausbildung von Indencarbonsäure entspricht.
j Der Diazonaphthochinon-Inhibitor wird während der Belichtung auf
tetwa 10? seiner ursprünglichen, d.h. vor der Belichtung Vorhändenen,
Konzentration abgebaut.
Anschließend wird der beschichtete Wafer 10 Minuten lang auf :105 °C erhitzt. In den durch die Maske abgedeckten, nicht belich-
;teten Bereichen findet bei dieser Temperaturbehandlung nur eine !weitere Trocknung statt. In den Bereichen, in denen die Resistj
schicht durch die Belichtung in bekannter Weise in einem alkali- ; sehen Entwickler (Entwickler auf der Basis von Natriumdihydrogen-'phosphat,
Natriummetasilikat und Natriumhydroxid) löslich gemacht ι wurde, findet jetzt eine Vernetzung statt, d.h., der Photoresist
iwird durch die thermische Behandlung unlöslich. Nach der thermi-
■sehen Behandlung wird der beschichtete Wafer uniform belichtet.
\Die Belichtungszeit beträgt ebenfalls etwa 24 Sekunden. Die bei
ider ersten Belichtung bildmäßig belichteten und durch die thermische
Behandlung unlöslich gemachten Bereiche der Photoresistschicht reagieren nicht wesentlich weiter. In den bei der ersten
Belichtung durch die Maske abgedeckten Bereichen wird bei der zweiten, uniformen Belichtung der Diazonaphthochinon-Inhibitor
wie oben angegeben abgebaut. Durch diesen Abbau werden diese Bereiche in einem alkalischen Entwickler auf der Basis von Natriumdihydrogenphosphat,
Natriummetasilikat und Natriumhydroxid löslich. Zu ihrer Entfernung werden die prozessierten Wafer in einen
Entwickler dieser Art, den AZ-Entwickler (Natriummetaphosphat/
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I Natrimdihydrogenphosphat) der Shipley Comp., Inc., der im Volumen-:
!verhältnis 1:1 mit destilliertem V/asser gemischt wurde, eine Minu-;
te lang eingetaucht.
Mit einem mit l-Hydroxyäthyl-2-alkyl-imidazolin modifizierten
IPositivresistsystem werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
auf dem Wafer an den Stellen freie ungeschützte Flächen erhalten, die den lichtundurchlässigen, dunklen Stellen auf der
Photomaske entsprechen. Solche Photoresistbilder werden üblicherweise mit Negativresistsystemen erhalten. Werden dagegen thermijsche
Behandlung und anschließende uniforme Belichtung der Photo-
resistschicht nach der bildmäßigen Belichtung nicht durchgeführt, dann werden, wie bei Anwendung von Positivresistmaterialien üblich,
auf dem Wafer an den Stellen freie ungeschützte Flächen erhalten, die den lichtdurchlässigen, hellen Stellen auf der
Photomaske entsprechen.
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Claims (6)
- 252905A .Al.Pig. i: l Herstellen eines Gemisches eines einen Diazo-naphthochinon-Inhibitor enthaltenden Positiv-Resists mit l-Hydroxyäthyl-2-alkylimidazolln.Beschichten des Wafers durch Aufschleudern des modifizierten Photoresists.j 3 Vorhärten des Photoresists durch ErhitzenBildmäßiges Belichten' 5 Vernetzen des Photoresists in den belichtetenBereichen der Stufe 4 durch Erhitzen.Uniformes Belichten der PhotoresistschichtEntwickeln durch Eintauchen in einen alkalischen Entwickler.
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