DE2624832A1

DE2624832A1 - Verfahren zum herstellen von lackmustern

Info

Publication number: DE2624832A1
Application number: DE19762624832
Authority: DE
Inventors: Bai Cwo Feng
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-06-09
Filing date: 1976-06-03
Publication date: 1976-12-16
Also published as: JPS51150279A; DE2624832C3; IT1063397B; FR2314520B1; BE841436A; FR2314520A1; CH614314A5; SE7605690L; CA1053090A; JPS5343014B2; BR7603684A; DE2624832B2; GB1516044A; US4022932A; ZA762476B; SE408739B; NL7606035A

Description

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Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: FI 974 059

Verfahren zum Herstellen von Lackmustern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Öffnungen aufweisenden Lackmustern auf einem Substrat.

Lackmuster, insbesondere solche aus photo- oder elektronenstrahlempfindlichen Lacken, werden beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen als Masken verwendet. Dabei bestimmen die Abmessungen der Öffnungen in den als Maske dienenden Lackmustern, welche insbesondere bei Ätzprozessen benötigt werden, die minimale, räumliche Ausdehnung der Halbleiteranordnungen. Wegen den mit den kleinen Abmessungen verbundenen günstigen Eigenschaften, wie z.B. verminderten Kapazitäten, zeigen Halbleiteranordnungen mit kleinen Abmessungen gegenüber solchen Anordnungen mit größeren Abmessungen eine bessere Leistungsfähigkeit und eine größere Schaltgeschwindigkeit und sie erleichtern den Aufbau von integrierten Schaltungen hoher Dichte. Gemäß dem Stand der Technik werden die kleinsten Abmessungen bei Anwendung lithographischer Verfahren unter Verwendung strahlungsempfindlicher Lacke erzielt. Bisher setzt aber die erreichbare Auflösung, d.h. der geringste Abstand, zweier Objektpunkte, die man noch getrennt abbilden kann, bei der Belichtung den Bemühungen, kleinere Abmessungen zu erhalten, eine Grenze. Im Fall von Lackmaterial, welches photod.h. lichtempfindlich, ist, ist es deshalb bisher außerordentlich schwierig, Linienauflösungen zu erhalten, welche kleiner als 2,54 um sind. Beim Belichten mit Elektronenstrahlen treten bisher diese Schwierigkeiten auf, wenn Öffnungen unterhalb etwa 1,25 gewünscht werden.

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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem Lackmuster auf einem Substrat, welche öffnungen aufweisen, deren Breiten kleiner als 1,25 _/um sind, reproduzier- und steuerbar in einem fabrikmäßigen Rahmen ohne großen zeitlichen und apparativen Aufwand hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß mittels bekannter Verfahren ein Lackmuster erzeugt wird, das dem gewünschten in seiner Ausbildung ähnlich ist, aber größere öffnungen aufweist, und daß anschließend der Lack zum Fließen auf dem Substrat in die öffnungen hinein gebracht wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Breite der Öffnungen reproduzierbar auf weniger als 0,25 um einengen. Keine physikalische Gesetzmäßigkeit steht der Erreichung noch kleinerer Breiten entgegen. Das Fließen erfolgt hinreichend langsam, so daß beliebige Breiten zwischen dem genannten Wert und der Breite, von der ausgegangen wurde, reproduzierbar erzeugt werden können.

Es ist vorteilhaft, wenn das Lackmuster, um den Lack zum Fließen zu bringen, dem Dampf eines den Lack lösenden Lösungsmittels ausgesetzt wird. Diese Durchführung des Verfahrens läßt sich mit einem sehr geringen Aufwand bewerkstelligen. Beispielsweise ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Lackmuster, um es zum Fließen zu bringen, in einen geschlossenen, jedoch nicht gasdichten Behälter zu bringen, in dessen unterem Teil eine genügende Menge des Lösungsmittels sich befindet, und in dem Behälter eine zur Erreichung eines hinreichenden Dampfdrucks des Lösungsmittels notwendige Temperatur einzustellen. Ein solcher Behälter ist ein sehr einfaches Gerät. Bei seiner Anwendung ist der Verbrauch an Lösungsmittel gering. Dadurch ist das Verfahren billig und eine wesentliche Belästigung durch Lösungsmitteldämpfe tritt nicht ein.

Es ist vorteilhaft, als Lösungsmittel Azeton zu verwenden. Dieses Lösungsmittel ist billig, kommerziell in sehr reiner Form erhältlich und löst sehr gut eine große Anzahl von Lackmaterialien.

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In vorteilhafter Weise läßt sich das Verfahren auf photoempfindliche und auf elektronenstrahlempfindliche Lacke anwenden. Es ist auf diese Weise möglich, die bekanntesten, ausgefeiltesten und am allgemeinsten angewandten Maskierungsverfahren, nämlich die lithographischen Verfahren, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu kombinieren.

Die gewünschten Abmessungen lassen sich erreichen, indem der Lacktyp, die Lackschichtdicke, das Lösungsmittel, die Temperatur und die Zeit der Behandlung festgelegt und aufeinander abgestimmt werden. Dadurch läßt sich das Verfahren in sehr vorteilhafter Weise flexibel an den Gesamtprozeß der Herstellung von integrierten Schaltungen anpassen.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich vorteilhaft durchführen, wenn als Substrat ein mit einer SiO₂-Schicht abgedeckter Körper verwendet wird. SiO₂ ist das bei Halbleitern gängigste Material zur Herstellung von Passivierungsschichten und von Masken bei Verfahrensschritten, bei denen das Halbleitermaterial dotiert wird.

Werden extrem kleine öffnungen oder öffnungen mit einem extrem kleinen Toleranzbereich angestrebt, so ist es vorteilhaft, ein Substrat zu verwenden, das im Bereich der öffnungen planar ist. Das Fließen hängt dann ausschließlich von den oben genannten genau kontrollierbaren Parametern ab.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Querschnitt eines Behälters,

in dem die Proben mit dem Lackmuster mit Lösungsmitteldampf behandelt werden,

Fig. 2A in Draufsicht das Muster einer nach dem Stand der

Technik hergestellten Lackmaske,

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Fig. 2B in Draufsicht das in Fig. 2A gezeigte Muster einer Lackmaske nach der Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3A einen Querschnitt an der angezeigten Stelle durch

das in der Fig. 2A gezeigte Muster und

Fig. 3B einen Querschnitt an der angezeigten Stelle durch

das in der Fig. 2B gezeigte Muster.

Um eine Lackmaske herzustellen, die öffnungen aufweist, deren Linienbreiten unterhalb 1 um liegen, wird zunächst eine Maske gemäß dem Stand der Technik hergestellt. Soll beispielsweise eine integrierte Halbleiteranordnung mittels der photolithographischen Maskiertechnik hergestellt werden, so wird das Halbleitersubstrat

1 in der Fig. 3A zunächst mit einer Diffusionsmaskierschicht 2 aus Siliciumdioxid bedeckt, auf welche eine Photolackschicht 3 aufgebracht wird. Dazu wird üblicherweise das Halbleitersubstrat zur Erzeugung der Schicht 2 oxydiert. Die Schicht 2 wird anschließend gereinigt und auf sie wird dann die Photolackschicht 3 aufgebracht, welche gehärtet, durch eine Maske belichtet und entwickelt wird, so daß in ihr gemäß dem gewünschten Muster öffnungen entstehen. Das Muster der öffnungen ist in Fig. 2A gezeigt und in der Fig. 3A als öffnung 4 angedeutet. Die Oberfläche der Oxidschicht

2 ist innerhalb der öffnung 4 eben. Gemäß dem Stand der Technik wird dann mittels Ätzung die Oxidschicht 2 an den nicht von der Lackschicht 3 bedeckten Stellen weggeätzt. Die geätzte Oxidschicht kann dann wiederum als Maske bei einer nachfolgenden Diffusion von Dotierungsmaterial in das Substrat 1 hinein dienen. Durch die Abmessungen der Flächen, in die diffundiert wird, ist die Größe der herzustellenden Halbleiteranordnung bestimmt. Die Abmessungen der öffnungen 4 in der Lackschicht 3 bestimmen somit letztlich die Abmessungen der Flächen, in die diffundiert wird.

Nachdem die in Fign. 2A und 3A gezeigte Lackmaske gemäß dem Stand der Technik fertiggestellt ist, wird die Struktur mit dem Lackmu-

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ster in den in der Fig. 1 gezeigten Behälter 5 gebracht, welcher eine Atmosphäre 6 von Dämpfen eines den Lack lösenden Lösungsmittels enthält. Eine ausreichende Menge 7 des Lösungsmittels bedeckt dazu den Boden des Behälterinnenraumes. Der Dampf 6 verteilt sich durch den Rost 8 gleichmäßig im Behälter und kommt mit den Oberflächen der Strukturen 9 in Berührung, die auf dem Rost 8 angeordnet sind. Der Lack auf den Oberflächen der Strukturen 9 absorbiert den Dampf 6 und beginnt deshalb gleichmäßig in die öffnungen 4 hineinzufließen, da sein Volumen durch die Dampfabsorption zunimmt und gleichzeitig seine Viskosität abnimmt. Das Fließen des Lacks ist wegen der ebenen Ausbildung der Oxidschicht 2 ungehindert innerhalb der öffnungen, wie z.B. innerhalb der öffnung 4 in der Fig. 3A. Das ungehinderte Fließen erleichtert eine gleichmäßige, kontrollierte Verkleinerung der öffnungen entsprechend den während des Fließens angewandten Prozeßparametern.

Ein Verfahren, bei dem Lack zum Fließen gebracht wird, ist bereits in der OS 2 525 224 beschrieben. Es dient jedoch dort dazu, die Oberfläche integrierter Schaltungen durch selektives Maskieren mit Photolack einzuebenen. Das Fließen des Lacks läßt sich dabei nicht durch Variation der Prozeßparameter steuern. Vielmehr wird dort der Lack auf einer unebenen Substratoberfläche in den tiefer liegenden Bereichen aufgebracht. Die Flanken der höher liegenden Bereiche bestimmen die Grenzen, innerhalb derer der Lack fließt.

Wie die Abmessungen der öffnungen in der Lackschicht gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert werden, ist ersichtlich aus dem Vergleich der Fign. 2A und 2B bzw. den Fign. 3A und 3B. Die Fig. 2A zeigt eine Lackmaske gemäß dem Stand der Technik, die benutzt wird zur Herstellung der Isolationszonen integrierter Halbleiterschaltungen. Auf den Flächen 3 verbleibt der Lack nach der Belichtung und der Entwicklung. Die Flächen 4 sind die öffnungen in der Lackschicht, welche die Stellen der gewünschten Isolationszonen definieren. Fig. 3A zeigt einen die öffnung 4 einschließenden Querschnitt an der in der Fig. 2A angezeigten Stelle.

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Wenn die Struktur mit dem Lackmuster gemäß den Fign. 2A und 3A den Dämpfen im Losungsmittelbehälter 5 in der Fig. 1 für eine bestimmte Zeit bei einer bestimmten Temperatur ausgesetzt wird, verkleinert sich, wie in Fig. 2B und 3B gezeigt ist, die Fläche der Öffnung 4. Da die öffnungen sich über einer ebenen Fläche der darunterliegenden Schicht 2 befinden, ist das Fließen des Lacks unbehindert, d.h., der Lack trifft beim Fließen nicht auf körperliche Hindernisse, und die Kanten der Lackschicht 3, die den Rand jeder öffnung bestimmen, bewegen sich gleichmäßig entsprechend den durch Parameter, wie Lackdicke, Art des Lösungsmittels, Temperatur und Zeit der Behandlung, gegebenen Bedingungen vorwärts.

Die Temperatur im Losungsmittelbehälter wird typischerweise auf 25 + 1 °C gehalten, wenn ein Photolack, der als Harzkörper einen m-Kresol-Formaldehyd-Novolak oder eine Mischung aus einem m-Kresol-Formaldehyd-Novolak und einem Polyvinyl-methylather und als Sensibilisator ein Diazoketon enthält, verwendet wird. Ein Photolack des ersten Typs wird unter dem Handelsnamen Az 135OJ und ein Photolack des zweiten Typs wird unter dem Handelsnamen Az 111 von der Firma Shipley vertrieben. Wenn der Lack vom ersten Typ in einer Dicke zwischen 1 und 2 um oder wenn der Lack vom zweiten Typ in einer Dicke zwischen 0,7 und 1,5 pm aufgetragen wird, können 2,5 bis 3 um breite öffnungen auf eine Breite von etwa 0,25 pm verkleinert werden, wenn das Photolackmuster während etwa 5 Minuten im Behälter 5 der Fig. 1 Azetondämpfen ausgesetzt wird. Das Ausmaß der Verkleinerung der öffnung kann geändert werden, indem die Art des Lackmaterials, beispielsweise ein photoempfindlicher oder ein elektronenstrahlempfindlicher Lack, die Art des Lösungsmittels, die Zeit und Temperatur der Behandlung sowie die Dicke der Lackschicht variiert wird. Normalerweise wird sich mit zunehmend dickerer Lackschicht die öffnung zunehmend schneller verkleinern, wenn die übrigen Parameter gleich bleiben.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

ΐ. Verfahren zum Herstellen von öffnungen aufweisenden Lack- ^ mustern auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet,

daß mittels bekannter Verfahren ein Lackmuster (3) erzeugt wird, das dem gewünschten in seiner Ausbildung ähnlich ist aber größere öffnungen (4) aufweist, und daß anschließend der Lack zum Fließen auf dem Substrat in die öffnungen (4) hinein gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Lackmuster, um den Lack zum Fließen zu bringen,
dem Dampf eines den Lack lösenden Lösungsmittels ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (9) mit dem Lackmuster, um den Lack zum Fließen zu bringen, in einen geschlossenen, jedoch nicht gasdichten Behälter (5) gebracht wird, in dessen unterem Teil eine genügende Menge <7) des Lösungsmittels sich befindet, und daß im Behälter eine zur Erreichung eines hinreichenden Dampfdrucks des Lösungsmittels notwendige Temparatur eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß als Lösungsmittel Azeton verwendet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß ein photoempfindlicher Lack verwendet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß ein elektronenstrahlempfindlicher Lack verwendet wird.

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7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß zur Erreichung der gewünschten Abmessungen der Öffnungen der Lacktyp, die Lackschichtdicke, das Lösungsmittel und die Temperatur und die Zeitdauer der Behandlung festgelegt und aufeinander abgestimmt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, \ daß als Substrat ein mit einer SiO_-Schicht (2) abgedeck- i ter Körper verwendet wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Substrat verwendet wird, das im Bereich der Öffnungen (4) planar ist. ^;

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