DE3707844A1 - Verfahren zur erzeugung von resiststrukturen - Google Patents
Verfahren zur erzeugung von resiststrukturenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Resiststrukturen
auf der Basis siliciumhaltiger Negativresists mittels
energiereicher Strahlung, gegebenenfalls in Gegenwart von
photoreaktiven Komponenten.
Bei photolithographischen Prozessen können im allgemeinen sowohl
Negativresists als auch Positivresists eingesetzt werden.
Bei der Produktion von elektronischen Bauelementen werden in
besonderen Fällen aber Negativresists den Positivresists vorgezogen.
Die Gründe dafür liegen beispielsweise in der Verminderung
von Beugungseffekten und in der Anwendung der Resists in
sogenannten "Lift-off"-Prozessen. Darüber hinaus wird für die
Resists oft die Einsetzbarkeit im DUV-Gebiet (DUV=Deep UV)
und die Möglichkeit der gezielten Einstellung der Flanken ge
fordert.
Positivresists, beispielsweise auf Novolak/Chinondiazid-Basis,
weisen infolge der Absorption eine maximale Flankensteilheit
von ca. 85° auf. Im DUV-Gebiet ist die Absorption der Polymeren,
insbesondere von aromatischen Polymeren, und der Chinondiazide
noch wesentlich höher, so daß derartige Systeme - aufgrund
der flachen Flanken - für DUV-Strahlung kaum eingesetzt
werden können. Bei Negativresists dagegen hängt die Steilheit
der Flanken nicht in dem Ausmaß von der Absorption ab wie bei
Positivresists.
Im Vergleich zu Positivresists haben die Negativresists, die
nach dem Vernetzungsprinzip arbeiten, aber den Nachteil, daß
sie, weil mit einem organischen Lösungsmittel entwickelt werden
muß, während des Entwicklungsvorgangs anquellen; dabei werden
aber die Dimensionen vergrößert. Andererseits kommt es bei dem
nachfolgenden Trocknungsprozeß zu einer Schrumpfung, so daß
Strukturverzerrungen nahezu unvermeidlich sind. Aus diesem
Grund gelangen Negativresists zur Erzeugung sehr feiner Strukturen
(Submikrometerbereich) nur in eingeschränktem Umfang zum
Einsatz.
Demgegenüber können Positivresists wäßrig-alkalisch entwickelt
werden. Neben der sehr geringen Neigung zum Anquellen durch den
wäßrig-alkalischen Entwickler weisen Positivresists, insbesondere
solche auf der Basis von Novolaken und Chinondiaziden, im
Vergleich zu Negativresists aber auch noch den Vorteil einer
höheren Auflösung und eines höheren Kontrasts auf, sie besitzen
darüber hinaus eine bessere Wärmeformbeständigkeit sowie
allgemeine Ätzstabilität.
Man hat deshalb bereits versucht, die vorteilhaften Eigenschaften
von Positivresists, wie des Systems Novolak/Chinondiazid,
auch bei der Erzeugung negativer Bilder beizubehalten. Dazu
wurde das Verfahren der sogenannten Bildumkehr ("image reversal")
entwickelt (siehe dazu beispielsweise: "Microelectronic
Engineering", Vol. 1, 1983, Seiten 269 bis 293, und "IEEE
Trans. Electron Devices", Vol. ED-32, 1985, Seiten 1654 bis
1661). Bei diesem Verfahren wird ein Positivresist, beispielsweise
auf Novolak/Chinondiazid-Basis, durch eine Maske mit
UV-Licht bestrahlt, wobei aus dem Chinondiazid (zusammen mit
Wasser, d. h. Luftfeuchtigkeit) eine Carbonsäure entsteht. Durch
nachfolgendes Erwärmen wird die Carbonsäure (katalytisch) decarboxyliert,
und der Resist somit an den belichteten Stellen
alkaliunlöslich. Durch eine anschließende Flutbelichtung, ebenfalls
im UV-Bereich, wird dann an den zuvor nicht-belichteten
Stellen ebenfalls Carbonsäure gebildet. Da die Carbonsäure
alkalilöslich ist, kann auf diese Weise an den genannten
Stellen eine wäßrig-alkalische Entwicklung erfolgen.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß
durch Variation der Belichtungszeiten bzw. der Entwicklungsbedingungen
die Steilheit der Resistflanken sowie die Stegbreite
gezielt eingestellt werden kann. Dabei sind sowohl positive
(<90°) als auch senkrechte (90°) und negative (<90°) Flanken
einstellbar.
Bei einer Alternativmethode (siehe: "IEEE Electron Device
Lett.", Vol. EDL-1, 1980, Seiten 217 bis 219) zum "Image-reversal"-Verfahren
wird der Novolak/Chinondiazid-Resist im Hochvakuum
durch eine Maske einer Elektronenbestrahlung unterworfen,
wobei das aus dem Chinondiazid intermediär gebildete Keten -
wegen der Abwesenheit von Wasser (aufgrund des Hochvakuums) -
mit der phenolischen Hydroxylgruppe des Novolaks reagiert, und
dadurch an den belichteten Stellen eine Vernetzung bzw. Hydrophobierung
erfolgt. Bei einer nachfolgenden Flutbelichtung mit
UV-Licht in Anwesenheit von Wasser (d. h. Luftfeuchtigkeit) wird
an den nicht-vernetzten Stellen Carbonsäure gebildet, so daß
diese Stellen wäßrig-alkalisch entwickelt werden können. Das
Ergebnis ist somit ebenfalls eine Bildumkehr.
Die genannten Verfahren der Bildumkehr haben den Nachteil, daß
sie aufgrund der relativ großen Zahl von Prozeßschritten, die
zum Teil auch kritisch sind, aufwendig und damit auch kostspielig
sind. Darüber hinaus sind Positivresists auf der Basis
von Novolaken und Chinondiaziden, wie bereits erwähnt, infolge
der hohen Grundabsorption nicht für Strukturierungen (Submikrometerbereich)
im DUV-Gebiet geeignet.
Für die DUV-Lithographie sind auch Negativresists auf der Basis
von Polyvinylphenol und aromatischen Bisaziden, wie 3.3′-Di
azidodiphenylsulfon, bekannt (siehe: "IEEE Trans. Electron
Devices", Vol. ED-28, 1981, Seiten 1306 bis 1310). Diese Resists
lassen sich - nach der Belichtung - wäßrig-alkalisch entwickeln,
so daß Quellungserscheinungen während des Ent
wicklungsprozesses vermieden werden. Darüber hinaus können bei
diesen Resists die Flanken - über die Dauer der Entwicklung -
gezielt eingestellt werden, allerdings mit dem Nachteil, daß
die Toleranzbreite während der Entwicklung sehr gering ist. Besonders
nachteilig an diesen Resists ist aber, daß sie keine
Ätzresistenz im Sauerstoffplasma aufweisen.
Eine Beständigkeit gegen reaktives Ionenätzen im Sauerstoffplasma,
d. h. eine O₂/RIE-Resistenz (RIE=Reactive Ion Etching),
ist aber Voraussetzung für sogenannte Bilevel-Resists,
d. h. für Resists, die zur Erzeugung hochaufgelöster Strukturen
nach der Zweilagen-RIE-Technik eingesetzt werden sollen. Dazu
wurden insbesondere siliciumhaltige Resists entwickelt.
Im Sauerstoffplasma ätzresistente Negativresists sind Diazopolysiloxane
(siehe: "Microelectronic Engineering", Vol. 5,
1986, Seiten 299 bis 313). Diese Resists, die beispielsweise
durch Umsetzung von 3-aminopropyl-substituierten Polysiloxanen
mit photosensitiven Naphthochinondiazosulfonylchloriden hergestellt
werden, und die für den UV-Bereich eingesetzt werden
können, haben aber den Nachteil, daß sie nicht wäßrig-alkalisch
entwickelbar sind, d. h. nur mit organischen Lösungsmitteln entwickelt
werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten
Art in der Weise auszugestalten, daß die Resiststrukturen
wäßrig-alkalisch entwickelt werden können, und das eingesetzte
Resistmaterial dazu quellungsfrei entwickelbar ist,
gleichzeitig aber auch ein hohes Auflösungsvermögen aufweist
und gegen reaktives Ionenätzen im Sauerstoffplasma beständig
ist.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß als Resistmaterial
Vinylphenol-Vinylsilan-Copolymere folgender Struktur verwendet
werden:
worin m+n = 1 ist und n maximal 0,55 beträgt,
und für die Reste X, R¹ und R² folgendes gilt:
X = H oder Halogen (d. h. F, Cl, Br, J),
R¹ = H, Halogen, Alkyl (d. h. CH₃ und C₂H₅) oder Halogenalkyl,
R² = H, CH₃, C₂H₅, C₃H₇ oder C₆H₅,
und wobei die Reste X, R¹ und R² jeweils gleich oder verschieden sein können.
X = H oder Halogen (d. h. F, Cl, Br, J),
R¹ = H, Halogen, Alkyl (d. h. CH₃ und C₂H₅) oder Halogenalkyl,
R² = H, CH₃, C₂H₅, C₃H₇ oder C₆H₅,
und wobei die Reste X, R¹ und R² jeweils gleich oder verschieden sein können.
In der Formel I geben m und n die Zusammensetzung der Copolymeren
als Stoffmengenanteil (Molenbruch) an. Der Anteil der
Komponente n, d. h. des Vinylsilan-Grundbausteins, beträgt dabei
maximal 0,55. Unter "Halogenalkyl" werden im übrigen Gruppierungen
wie -CH₂Cl und -CH₂Br verstanden.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Resistmaterialien
sind alkalilöslich, d. h. bei ihrem Einsatz können handelsübliche
wäßrige Entwickler verwendet werden. Die Resistmaterialien
weisen ferner eine hohe O₂/RIE-Resistenz und auch
eine hohe Auflösung auf. Diese Negativresists eignen sich für
jede Art von energiereicher Strahlung, d. h. sie sind sowohl für
UV-Strahlen als auch für Elektronen- und Röntgenstrahlen empfindlich.
Von besonderer Bedeutung ist dabei - in Gegenwart
photoreaktiver Komponenten - die Empfindlichkeit gegenüber UV-
Strahlung, wobei wesentlich ist, daß eine sehr gute Empfindlichkeit
sowohl gegen normale UV-Strahlung (NUV, d. h. ca. 330
bis 440 nm) als auch gegen kurzwellige UV-Strahlung (DUV, d. h.
<300 nm) gegeben ist. Die (hohe) Empfindlichkeit gegenüber NUV
(Near UV) ist deshalb von Bedeutung, weil dann die vorhandenen
Belichtungseinrichtungen eingesetzt werden können, d. h. es sind
für die Strukturerzeugung keine zusätzlichen Investitionen
erforderlich.
Neben den bereits genannten Eigenschaften weist das beim erfindungsgemäßen
Verfahren eingesetzte Resistmaterial auch noch den
wesentlichen Vorteil einer hohen Erweichungstemperatur auf, sie
liegt nämlich über 155°C. Darüber hinaus ist dieses Material in
reproduzierbarer Weise herstellbar und besitzt eine hohe Lagerstabilität.
Von Bedeutung ist ferner, daß das Resistmaterial
eine enge Molekulargewichtsverteilung hat, der Wert M w /M n beträgt
nämlich 1,2. Im übrigen weist das beim erfindungsgemäßen
Verfahren als Resistmaterial dienende Vinylphenol-Vinylsilan-
Copolymere ein Molekulargewicht zwischen 500 und 50 000 auf;
vorzugsweise liegt das Molekulargewicht im Bereich etwa zwischen
1000 und 5000.
Aufgrund seiner guten Eigenschaften eignet sich das erfindungsgemäße
Resistmaterial insbesondere für den Einsatz als Top-
Resist bei der Zweilagen-Technik. Dabei ist von Bedeutung, daß
infolge der senkrecht einstellbaren Flanken eine RIE-Strukturübertragung
mit äußerst geringem Maßverlust möglich ist. Eine
wichtige Anforderung an die bei der Zweilagen-Technik eingesetzten
Top-Resists ist nämlich eine ausreichende Steilheit der
Flanken nach der Naßentwicklung. Sind die Flanken nicht steil
genug (<80°), so kommt es durch das anisotrope Reaktivionenätzen
im Sauerstoffplasma zu einer Verbreiterung der Gräben
bzw. zu einer Verschmälerung der Linien, die über ein tolerierbares
Maß hinausgeht. Der Top-Resist wird nämlich bis zur Bildung
einer geschlossenen Siliciumoxidschicht während des O₂/
RIE-Prozesses selbst abgetragen und an den Flanken, wo er nicht
die volle Schichtdicke aufweist, durchgeätzt. Sind die Resistflanken
aber ausreichend steil (annähernd 90°), so hat der Top-
Resist überall die volle Schichtdicke und die Verbreiterung der
Gräben wird minimal. Die Anforderung an einen Top-Resist bezüglich
möglichst senkrechter Flanken wird bislang aber von keinem
der bekannten wäßrig-alkalisch entwickelbaren Resists erfüllt.
So beträgt bei kommerziell verfügbaren Resist auf Novolak/
Chinondiazid-Basis der maximal erreichbare Flankenwinkel, ohne
aufwendige Sondertechniken, wie beispielsweise das Bildumkehrverfahren,
nur etwa 85°.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens stellen sich insgesamt
somit wie folgt dar:
- - Unter Beibehaltung eines wäßrig-alkalisch entwickelbaren Resistsystems, welches für die Zweilagen-RIE-Technik geeignet ist, wird eine deutliche Vereinfachung im Vergleich zum Image reversal-Verfahren erzielt, wobei sich durch die Reduzierung der Prozeßschritte eine erhebliche Kostenersparnis ergibt.
- - Infolge der senkrechten Gestaltung der Flanken, die durch den erfindungsgemäßen Si-haltigen Negativresist ermöglicht wird, können die erforderlichen Linienbreitentoleranzen nach dem in der Zweilagen-Technik angewendeten O₂/RIE-Strukturübertragungsprozeß eingehalten werden.
- - Es ist insbesondere eine Strukturerzeugung im DUV-Gebiet möglich, was für die Submikrometer-Zweilagen-RIE-Technik von Bedeutung ist.
- - Bei der Strukturierung (im Rahmen der Zweilagen-Technik) sind Dunkelfeldmasken zur Reduzierung von Streulicht einsetzbar.
Das Resistmaterial gemäß der Erfindung kann nicht nur bei der
Bilevel-Technik eingesetzt werden, es kann vielmehr auch als
Monolayer dienen. Der Siliciumanteil dieses Materials ist dabei
in einem relativ großen Bereich beliebig variierbar. Bei der
Verwendung als Bilevel-Resist liegt das Molverhältnis der beiden
Copolymer-Grundbausteine Vinylphenol und Vinylsilan zwischen
85 : 15 und 45 : 55, d. h. das Resistmaterial weist mindestens
15 Mol-% und höchstens 55 Mol-% an der Vinylsilan-Komponente
auf. Bei einem geringeren Gehalt an Silicium wäre nämlich
einerseits die O₂/RIE-Resistenz zu gering, bei einem höheren
Gehalt andererseits könnte nicht mehr wäßrig-alkalisch entwickelt
werden. Bevorzugt liegt der Anteil an der Vinylsilan-
Komponente etwa zwischen 30 und 50 Mol-% (bei der Verwendung
des Copolymeren als Bilevel-Resist). Bei der Verwendung als
Elektronen- oder Röntgenresist (bei der Einlagen-Technik) beträgt
der Anteil der Vinylsilan-Komponente maximal 55 Mol-%;
nach unten besteht dabei keine grundsätzliche Grenze. Bei der
Verwendung als Elektronen- bzw. Röntgenresist ist im übrigen
der Zusatz einer photoreaktiven Komponente nicht (zwingend)
erforderlich.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden als Resistmaterial vorzugsweise
Copolymere aus Vinylphenol und Vinyltrimethylsilan
eingesetzt. Wird dem Resistmaterial eine photoreaktive Komponente
zugesetzt, so ist dies vorzugsweise ein Bisazid. Derartige
Bisazide sind beispielsweise aus der DE-OS 29 48 324
bekannt. Geeignete Bisazide sind beispielsweise 4.4′-Diazido
diphenylmethan, 4.4′-Diazidodiphenylethan, 4.4′-Diazidostilben,
4.4′-Diazidodiphenylsulfon und 2.6-Di(4′-azidobenzal)-4-
methyl-cyclohexanon. Als photoreaktive Komponente können aber
auch Radikalbildner verwendet werden.
Die Herstellung der beim erfindungsgemäßen Verfahren als
Resistmaterialien eingesetzten Copolymeren erfolgt aus den entsprechenden
Phenolethern (-OR* anstelle von -OH in Formel I).
Diese Phenolether werden mit geeigneten Lewis-Säuren gespalten.
Die Etherspaltung sowie die Herstellung der Phenolether-Copolymeren
ist in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung
Akt.Z. P . . . . . . . (VPA 87 P 3074 DE), "Alkenylphenol-
und Alkenylphenolether-Copolymere", beschrieben.
Anhand von Beispielen soll die Erfindung noch näher erläutert
werden.
4 Gewichtsteile eines Copolymers bestehend aus 60 Mol-% p-Vinylphenol
und 40 Mol-% Vinyltrimethylsilan (Molekulargewicht:
ca. 2500) werden zusammen mit 1 Gewichtsteil des Bisazids
2.6-Di(4′-azidobenzal)-4-methyl-cyclohexanon in 10 Gewichtsteilen
Cyclohexanon und 10 Gewichtsteilen N-Methylpyrrolidon gelöst.
Die dabei erhaltene Lösung wird dann durch ein 0,2 µm-
Filter filtriert und bei 2000 Umdrehungen pro Minute auf einen
Siliciumwafer aufgeschleudert (Dauer: 20 s). Nach dem Trocknen
bei 100°C auf einem Hotplate für die Dauer von 90 s wird die
Resistschicht (Schichtdicke: 0,7 µm) durch eine Maske und ein
Kantenfilter (GG 385, Fa. Schott) 8 s lang belichtet (Belichtungsmaschine
MA 56, Suss) und anschließend 60 s mit einem
käuflichen alkalischen Entwickler ("Microposit Developer 303"
der Fa. Shipley, verdünnt mit dem doppelten Volumen an destilliertem
Wasser) entwickelt. Es werden saubere Strukturen im
Submikrometerbereich erhalten, die keine Quellungen zeigen und
einen Flankenwinkel von 90°C aufweisen. Der Kontrast des Resists
beträgt 2,8 (auf der Basis des dekadischen Logarithmus).
Ein Siliciumwafer wird mit einer käuflichen Lösung eines Basispolymers
für einen Resist auf Novolak-Basis ("AZ Protective
Coating" der Fa. Kalle/Hoechst) in der Weise beschichtet, daß
die Schichtdicke nach dem Trocknen bei 220°C etwa 1,8 µm beträgt.
Auf die dabei erhaltene Planarisierungsschicht wird entsprechend
Beispiel 1 eine Resistschicht aufgebracht und strukturiert.
Durch Trockenätzen im Sauerstoffplasma in einem Reaktor
(Typ Z 401 der Fa. Leybold-Heraeus) bei einer Leistung von
15 Watt und 0,7 Pa O₂-Druck wird die Struktur des Top-Resists
innerhalb von 60 min mit einer Linienverschmälerung unter 50 nm
in die Planarisierungsschicht übertragen.
4 Gewichtsteile eines Vinylphenol-Vinyltrimethylsilan-Copolymers
entsprechend Beispiel 1 werden zusammen mit 1 Gewichtsteil
des Bisazids 4.4′-Diazidodiphenylsulfon in Cyclohexanon gelöst,
durch ein 0,2-µm Filter filtriert und bei 3000 Umdrehungen
pro Minute auf einen Siliciumwafer aufgeschleudert (Dauer:
20 s). Nach dem Trocknen bei 85°C im Umluftofen für die Dauer
von 30 min wird die Resistschicht (Schichtdicke: 0,7 µm) mittels
einer 600 W Hg/Xe-Lampe (Fa. Oriel) und einem Bandpaßfilter
(Typ UV-M-Al 260 nm der Fa. Schott) durch eine Maske
45 s lang belichtet und danach 60 s mit einem käuflichen alkalischen
Entwickler (MP 303 der Fa. Shipley, verdünnt mit dem
vierfachen Volumen an destilliertem Wasser) entwickelt. Bei
dieser Proximity-Belichtung im DUV-Bereich werden befriedigende
Strukturen erhalten.
Claims (3)
1. Verfahren zur Erzeugung von Resiststrukturen auf der Basis
siliciumhaltiger Negativresists mittels energiereicher Strahlung,
gegebenenfalls in Gegenwart von photoreaktiven Komponenten,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Resistmaterial Vinylphenol-Vinylsilan-Copolymere folgender
Struktur verwendet werden:
worin m+n = 1 ist und n maximal 0,55 beträgt,
und für die Reste X, R¹ und R² folgendes gilt:
X = H oder Halogen (d. h. F, Cl, Br, J),
R¹ = H, Halogen, Alkyl (d. h. CH₃ und C₂H₅) oder Halogenalkyl,
R² = H, CH₃, C₂H₅, C₃H₇ oder C₆H₅,
und wobei die Reste X, R¹ und R² jeweils gleich oder verschieden sein können.
X = H oder Halogen (d. h. F, Cl, Br, J),
R¹ = H, Halogen, Alkyl (d. h. CH₃ und C₂H₅) oder Halogenalkyl,
R² = H, CH₃, C₂H₅, C₃H₇ oder C₆H₅,
und wobei die Reste X, R¹ und R² jeweils gleich oder verschieden sein können.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß als Resistmaterial ein Copolymeres aus
Vinylphenol und Vinyltrimethylsilan verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Resistmaterial als photoreaktive
Komponente ein Bisazid zugesetzt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873707844 DE3707844A1 (de) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | Verfahren zur erzeugung von resiststrukturen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873707844 DE3707844A1 (de) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | Verfahren zur erzeugung von resiststrukturen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3707844A1 true DE3707844A1 (de) | 1988-09-22 |
Family
ID=6322797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873707844 Withdrawn DE3707844A1 (de) | 1987-03-11 | 1987-03-11 | Verfahren zur erzeugung von resiststrukturen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3707844A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0534273A1 (de) * | 1991-09-27 | 1993-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Erzeugung eines Bottom-Resists |
-
1987
- 1987-03-11 DE DE19873707844 patent/DE3707844A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0534273A1 (de) * | 1991-09-27 | 1993-03-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Erzeugung eines Bottom-Resists |
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---|---|---|---|
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