DD206924A3

DD206924A3 - Verfahren zum herstellen einer freitragenden abstandsmaske

Info

Publication number: DD206924A3
Application number: DD81233773A
Authority: DD
Inventors: Frank Schmidt; Horst Tyrroff
Original assignee: Mikroelektronik Zt Forsch Tech
Priority date: 1981-10-01
Filing date: 1981-10-01
Publication date: 1984-02-08
Also published as: US4497884A; CS245264B1; GB2107618A; JPS5875837A; SU1352445A1; GB2107618B; CS707682A1; DE3232174A1; FR2515373B1; FR2515373A1

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINER FREITRAGENDEN ABSTANDSMASKE EINES TEILCHENSTRAHLPROJEKTIONSSYSTEMS, DIE INSBESONDERE FUER DIE SELEKTIVE STRUKTURIERUNG UND/ ODER DOTIERUNG BEI DER FERTIGUNG HOCHINTEGRIERTER SCHALTKREISE EINGESETZT WIRD. ZIEL SOWIE AUFGABE DER ERFINDUNG IST ES, TROTS DES GEFORDERTEN HOHEN INTEGRATIONSGRADES UND DER DABEI NOTWENDIGEN FEINHEIT DES GITTERS DEN MASKENHERSTELLUNGSPROZESS IN EINFACHER, OEKONOMISCH VERTRETBARER WEISE DURCHZUFUEHREN. DABEI SIND DIE OFFENEN GEBIETE DER MASKE MIT EINEM GITTER ZU UNTERLEGEN,DESSEN REALISIERUNG EINE VORLAGE ERFORDERT, DIE DIE SICHER VERARBEITBARE DATENMENGE DER BELICHTUNGSEINRICHTUNG NICHT UEBERSCHREITEN DARF. ERFINDUNGSGEMAESS WERDEN AUF DEM SUBSTRAT SCHICHTEN UNTERSCHIEDLICHER BESCHAFFENHEIT ABGESCHIEDEN, STRUKTURIERT UND DANACH PARTIELL ODER TOTAL ENTFERNT, BIS DIE VON EINEM STABILEN METALLISCHEN GITTER UNTERLEGTE MASKENSTRUKTUR AUF DEM SUBSTRAT ERZEUGT IST, WOBEI ZUR GITTERBILDUNG EINE SPEZIELLE VORLAGE NACH ART DER NUCLEARFILTER MIT STATISCH VERTEILTEN POREN EINGESETZT WIRD.

Description

Verfahren zum Herstellen einer freitragenden Abstandsmaske .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Abstandsmaske eines Teilchenstrahl-Projektions-Systems, beispielsweise eines Elektronen- oder lonenprοRektors, insbesondere für die selektive Strukturierung und/oder Dotierung bei der Herstellung hochintegrierter Schaltkreise.

Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Der Ionen- oder Elektronenprojektor enthält eine teilweise für den Teilchenstrahl durchlässige, freitragende Abstandsmaske, die entsprechend dem Abbildungsmaßstab der Anlage auf Halbleiter, Leiter-, Isolator- oder Lackschichten abgebildet wird und dabei eine chipweise selektive Sensibilisierung bzw. Dotierung der Schicht ermöglicht. Durch ein auf die Sensibilisierung folgendes ganzflächiges Atzen bzw. Lackentwickeln ist eine Strukturierung möglich.

Es ist bekannt, daß stabile Abstandsmasken erhalten werden, wenn jede Entwurfsebene unter Beachtung bestimmter. Längen- zu Breitenverhältnisse der öffnungen in der Maske auf mindestens zwei Masken so aufgeteilt wird, daß keine ringförmigen geschlossenen Löcher in der Maske entstehen. Ringförmige geschlossene Strukturen im Chip werden erhalten,

indem die zu einer Entwurfsebene gehörigen mindestens zwei Masken nacheinander auf die zugehörige Schicht abgebildet werden.

Ss ist weiterhin bekannt, daß eine stabile Abstandsmaske auch erhalten wird, wenn beliebig geformte Öffnungen hierin mit einem regulären Grundgitter so unterlegt werden, daß Gitterstege die Haskenstabilität herbeiführen. Der gegenwärtige Stand der Technik der Herstellung von stabilen Gittermasken einer Kantenlänge von 30 bis 5° nun gestattet ein Gitter zu unterlegen, das Gitterstege und quadratische Gitterlöcher von je etwa 5/um Breite besitzt. Eine gleichmäßige Sensibilisierung/Dotierung des zum unterlegten Gebiet gehörigen Chipbereiches wird durch eine Vierfachbelichtung erreicht. Dazu werden nach jeder Belichtung Chip und Maske so gegeneinander bewegt, daß jede quadratische Öffnung in der Maske auf dem Wafer ein zusammenhängendes Elementarquadrat belichtet. Sind Loch- und Stegbreite gleich, ist nach den vier Belichtungsschritten das gesamte gitterunterlegte Gebiet zusammenhängend sensibilisiert/dotiert.

Das Digitalisierungsmaß des Entwurfs kann in diesem lall nur gleich oder einem Vielfachen der Kantenlänge dieses Elementarquadrats sein. Andernfalls werden Gitteröffnungen nur teilweise durch die Strukturen des Schaltungsentwurfs gedeckt. Im Prozeß der Mehrfachbelichtung entstehen dadurch unbestrahlte Inseln im Bereich zu bestrahlender Gebiete, was zum Ausfall der Bauelemente fuhren kann. Gegenwärtig wird durch Anwendung lichtoptischer Methoden ein 5/um-P-aster für das Gitter beherrscht. Bei einem Abbildungsmaßstab des Projektors 10 : 1 ist somit für das kleinste Digitalisierungsmaß 1/um möglich. Das entspricht dem Integrationsniveau eines 1 k-s-SAM-Es ist weiterhin bekannt, daß Abstandsmasken durch galvanische Abscheidung.von Nickel auf einem Substrat hergestellt werden können. Die gewünschte Struktur der Maske entsteht durch den Einsatz einer gezielt strukturierten Lackhaftmaske der Stärke = 2,5/um auf dem Substrat.

Die zur Sicherung der Stabilität der Maske notwendige Materialstärke wird dadurch erreicht, daS im Falle der in mindestens zwei Abstandsmaεken aufgespaltenen Entwurfsebene der Galvanikprozeß nach Erreichen der Lacksc.hichtdicke weitergeführt wird, wobei über dem Lack die Hickelschiclit lateral und vertikal gleichermaßen weiter wächst. Kit diesem Verfahren ist aber die Realisierung einer hochintegrierten Schaltungstechnik nicht möglich. Im üfall der G-ittermaske wird nach Erreichen der lackschichtdicke der Galvanikprozeß abgebrochen, eine andere Lackhaftmaske der Stärke = 2,5/um aufgetragen und das Verfahren mit dem Ziel der Verstärkung der Gitterstege wiederholt. Fach Abätzen des Substrates entsteht in beiden lallen eine stabile Abstandsmaske. Es ist auch bekannt, daß eine dicke Sistonschicht (Stärke = 10 /run.) zur Erzeugung einer entsprechend dicken und stabilen Gittermaske einsetzbar ist. Die gezielte Strukturierung der Histonschicht erfolgt über Hilfsmaske durch Anwendung des reaktiven lonenstrahlätzens, wobei die Hilfsmaske ihrerseits über eine Lackschicht strukturiert wird.

Außerdem ist bekannt, daß beispielsweise eine Entwurfsebene eines Testfeldes für einen 1 k-s-£AM etwa 1O^4- bis 1Ck Punkte enthält. Die im Jail der Gittermaske zu unter-

legende Gitterstruktur hierfür enthält jedoch etwa 10 Punkte. Bei der Herstellung der Gittermaske, insbesondere bei der weiteren "Verfeinerung des Gitters zur Realisierung eines höheren Integrationsgrades, wächst die zur lackbelichtung notwendige Datenmenge so stark an, daß eine fehlerarme Herstellung überhaupt in !rage gestellt bzw. unmöglich ist»

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer freitragenden Abstandsmaske zu entwickeln, wobei trotz des geforderten hohen Integrationsgrades

(Digitalisierungsmaß beispielsweise gleich 0,2/um) und der dabei notwendigen ^einheit des Gitters der MaskenherstellungsprozeS in einfacher, ökonomisch vertretbarer Weise erfolgt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die offenem Gebiete in der herzustellenden Abstandsmaske mit einem stabilen Gitter zu unterlegen, das entsprechend dem gewünschten Integrationsgrad fein genug ist, zu dessen Realisierung allerdings eine Vorlage erforderlich ist, die die sicher verarbeitbare Datenmenge der Belichtungseinrichtung nicht überschreitet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Vorlage für das zu bildende -Gitter eine nach Art der Huclearfilter hergestellte Kunststoffolie eingesetzt wird. Zur Herstellung derselben wird ein Kernteilchenstrahl sehr geringer Sichtungsstreuung benutzt. Der statistisch verteilte lochabstand und Lochdurchmesser wird jeweils zwischen 0,5 und 2/um gewählt. Dadurch ist im Zusammenhang mit dem Abbildungsmaßstab von etwa 10 : T- und dem Auflösungsvermögen des Projektors eine Überstrahlung der Gitterstege auf dem Chip möglich.

Eine Mehrfachbelichtung bei Verschiebung von Maske und Wafer, zueinander kann entfallen und damit führen angeschnittene G-itteröffnungen nur noch zu einer Kantenrauhigkeit auf dem. Chip, die durch den Abbildungsmaßstab und die Summe aus Lochgröße und Sensibilisierungs-ZDotierungsweite bestimmt werden. Da von einer vorhandenen Vorlage ausgegangen wird, die beispielsweise durch Elektronenstrahlbelichtung oder Ionenstrahlbelichtung großflächig in den lack oder ein Material mit Ionen-Efegativresisteigenschaften auf dem Trägersubstrat zur galvanischen Erzeugung der Maske übertragen werden kann, ist nur eine unwesentliche Erhöhung der Datenmenge, die zu den Entwurfsstrukturen gehört, zu verzeichnen. Zur Erzielung der not-

wendigen Stabilität und zur Festlegung der Struktur der Maske haben sich nachfolgend aufgeführte Prozeßschritte als besonders günstig erwiesen:

a) Aufbringen einer 3 bis 10 /um starken Ristonschieht auf ein leitendes Substrat

b) Abscheiden einer SiOp-Schicht auf die Ristonschieht

c) Abscheiden einer Elektronenstrahl-FIegativlackschicht auf die SiO₂-Schicht

d) Übertragen der Struktur der nach Art der Uuclearfilter hergestellten Torlage mittels Elektronenstrahlelichtung in die Lackschicht

e) Öffnen der SiOp^-Schicht durch Ätzen unter Nutzung des Hegativlackes als Haftmaske

f) Beseitigen der Uegativlackreste

g) Übertragen der durch die SiOp-Schicht gebildeten Struktur in die Ristonschieht und Abtragung bis auf das Substrat mit Hilfe des reaktiven Ionenstrahlätzens unter Anwendung eines Sauerstoffionenstrahls

h) Beseitigen der SiOp-Restschieht

i) Galvanisches Aufwachsen von Nickel auf dem leitenden Substrat bis zur'Höhe der Ristonschicht

j) Aufbringen und Strukturieren einer Lackschicht im Positiv- oder Uegativprozeß mit dem Ziel der ^reilegung der Teile der nickeldurchsetzten Sistonfolie, an denen der Elektronen- bzw.' lonendurchtritt in das Halbleitermaterial verhindert werden soll

k) fortsetzen des galvanischen Aufwachsens von Nickel an den freigelegten Maskenteilen, bis eine ionenundurchlässige Uickelschicht entstanden ist

l) Entfernen der Lackreste

m) Entfernen des Substrats

n) Entfernen der Ristonreste

o) Einspannen der Abstandsmaske in einen Rahmen»

In einer vorteilhaften Abwandlung des Verfahrens, bei dem die tragende Gitterstruktur durch nachträgliches Atzen

einer ganzflächigen und daher weniger störanfälligen elektrolytisch abgeschiedenen Schicht erzeugt wird, sind anstelle der vorher erwähnten ProzeSschritte a bis i folgende vorgesehen:

al) Abscheiden einer ersten Nickelschicht auf einem Substrat, beispielsweise Silizium oder Aluminium

bi) Aufbringen der Vorlage auf der Nickelschicht

d) Übertragen der "Vorlagenstruktur in die Nickelschicht durch Atzen, vorzugsweise lonenstrahlätzen

d1) Entfernen der Vorlage

Um eine bessere Steuerung des Verhältnisses von Stegbreite zu Iiochgröße und damit verbunden eine höhere Stabilität der Maske zu erreichen, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, anstelle der eingangs beschriebenen Schritte a bis i wie folgt zu verfahren:

a2) Aufbringen der Vorlage auf das Substrat b2) fortsetzen des Bestrahlungsprozesses mit Kernteilchen.

bis auf dem Substrat iolieninseln mit im Mittel 0,2

bis 1,5/um Durchmesser verbleiben c2) Galvanisches Aufwachsen einer ersten Nickelschicht

Ausf Uhrungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:

Die Struktur einer Vorlage nach Art der Nuclearfilter ("Nuc Ie ρ ore--Folie"), die einen mittleren Porenabs tand von etwa 2/um (lochdichte 2 bis 8 · 10' csi"^d) bei ausreichend kleiner Schwankung und eine Porenweite von 0,8 bis 1,2/um aufweist, wird mit Hilfe einer Elektronenstrahl-Belichtungs· anlage auf die oberste Elelctronenstrahllackschicht einer Schichtfolge übertragen, die folgenden Aufbau besitzt:

Substrat, vorzugsweise aus Silizium oder Aluminium, Piston mit einer Stärke von 5 bis 10 /um. SiO^, Negativ-Elektronenstrahllack. Zur Belichtung des Blektronenstrahllackes wird

- 7 - i ti y ι ι y

das gröi3te Stempelmaß der Elektronenstrahlelichtungsanlage gewählt (meistens 10/mn). Die Lacks trulctur wird durch plasmachemisches Atzen in die aufgesputterte SiO^- Schicht übertragen, die als Atzmaske für den Ristonfilm dient. Die Übertragung der Struktur in den Ristonfilm erfolgt durch lonenstrahlätzen mit Hilfe von Sauerstoffionen In der so erhaltenen Struktur wird die Gittermaske galvanisch bis zur Höhe der Ristonschicht aufgewachsen. Daraufhin wird die Riston-/Miekelseite des Substrats mit Blektronenstrahl-Negativlack beschichtet (Stärke 1 bis 2/um) und mit der Elektronenstrahlbelichtungsanlage die Entwurf s struktur en in diesem lack übertragen. Nach einem zweiten Galvanikprozeß ist eine dünne, die Entwurfsstrukturen umschließende Uickelschicht auf der G-ittermaske entstanden. Anschließend wird .das Substrat abgeätzt und die Reste der Riston- sowie der Deckschicht herausgelöst.

Damit wird eine stabile Abstandsmaske erhalten, deren beliebig geformte Öffnungen mit einem unregelmäßigen G-itter unterlegt sind. Zur Übertragung der Entwurfsstruktur in die technologische Schicht wird eine einzelne Bestrahlung mit Hilfe des Projektors durchgeführt. Die G-itterstege werden hierbei überstrahlt. Die Positionierung der Entwurfs strukturen auf das unregelmäßige G-itter ist unkritisch. Die entstehende Santenrauhigkeit erlaubt die Herstellung hochintegrierter Schaltkreise. Die Datenmenge, die die Elektronenstrahlbelichtungseinrichtung aufgrund der Gitterübertragung zusätzlich verarbeiten muß, belasten die Anlage nicht wesentlich. . Besonders vorteilhaft ist die Übertragung der Struktur der Torlage mit Hilfe von Ionenstrahlen in einem ionenstrahlempfindlichen Jlegativlack, denn die Ionenstrahlbelichtung erlaubt eine höhere Auflösung im Vergleich zur Elektronenstrahl e lic htung. Eine weitere "Verbesserung des Verfahrens ist möglich, wenn anstelle des ionenstrahlempfindlichen Segativlacks und der SiO₂-Ätzmaske Molybdän oder ein anderes Material eingesetzt wird, das bei Ionenstrahlbeschuß

die Eigenschaft eines Hegativresists aufweist. Ausführungsbeispiel 2

Auf ein geeignetes Substrat, beispielsweise Silizium oder Aluminium,- wird eine erste etwa 5/um. dicke Hi-Schicht abgeschieden und darauf mittels eines geeigneten Haftvermittlers die Vorlage unter Anwendung von Druck und Wärme aufgebracht. Danach erfolgt durch Ionenstrahlätzen bei ungefähr 1 kV und 1 mA/cm^ die Strukturübertragung in die Ui-Schicht. Dabei sind die Stromdichte und Spannung so zu wählen, daß keine Schrumpfung bzw. Zersetzung der Haftmaske erfolgt und daß ein Ätzratenverhältnis von Äßj^/Ä-jP ,_ie^ 1 eingehalten wird» im speziellen lall wird für JLjj.. 5» 54 nm/min erreicht.

Durch Zusatz geeigneter Ätzgase kann dieses Verhältnis so optimiert werden, daß nur- noch geringe Maskenreste stehen bleiben und ein beträchtliches Ätzen des Substrates unterbleibt.

Uach Entfernen der restlichen Haftmaske durch Plasmaätzen bzw. fortgesetztes Ionenstrahlätzen wird auf diese "G-itter"-Struktur Foto- bzw. Elektronenresist aufgebracht und die Designstruktur lichtoptisch oder mit Elektronenstrahl in die Lackschicht übertragen. 3?ach der üblichen Entwicklung und Härtung wird die zweite etwa 5/um dicke Ni-Schicht galvanisch abgeschieden. .

Nach der lackentfernung und der Entfernung des Substrats steht die gewünschte selbsttragende Abstandsmaske zur Verfügung.

Ausführungsbeispiel 3

Die im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Struktur der Vorlage wird, nach dem Aufbringen der Ausgangsfolie auf ein geeignetes Substrat, durch den bekannten Eerstellungsprozeß für diese Folien derart beeinflußt, bis die. durch die Kern-

strahlung erzeugten löcher verschmelzen und Polieninseln von etwa 1 mm durchmesser auf dem Substrat verbleiben. Danach wird die erste etwa 5 /um dicke ITi-Schicht galvanisch aufgebracht, so daß eine glatte Oberfläche (Hi-Ietζ mit Folieninseln) entsteht. Darauf wird'Foto- bzw. Slektronenresist aufgebracht, in den in dargelegter Weise die Design-Struktur übertragen wird. Nach dem galvanischen Abscheiden der zweiten Ni-Schicht werden Substrat und Folienreste entsprechend Ausführungsbeispiel 2 entfernt.

Claims

Srfindungsanspruch

. Verfahren zum Herstellen einer freitragenden Abstandsmaske für verkleinernde Teilchenstrahl -Projektions-Systeme, bei dem auf einem leitenden Substrat galvanisch eine ausreichend fein strukturierte Ilickelschicht erzeugt wird, wobei die Struktur mittels einer Vorlage und mindestens einer Hilfsschicht entsteht, auf die anschließend eine Isolierschicht aufgebracht wird, in die die Designstruktur übertragen und in der . der Galvanikpro ζ e!3 fortgesetzt wird, so daß nach Trennung des Hickelschichtsystems vom Substrat und Herauslösen der Isolierschichtreste die erzeugte Maske in einen Rahmen eingespannt wird, gekennzeichnet dadurch, daß zur G-itterbildung eine Vorlage nach Art der Huclearfilter eingesetzt wird, die statistisch verteilte Poren aufweist, deren Durchmesser P im Zusammenhang mit dem Verkleinerungsmaß stab M des Teilchenstrahl-Projektions-Systems einen Wert P/M = 0,05 bis 0,2 /um ergibt und deren mittlerer Abstand maximal 0,2 /um beträgt.
2. Verfahren zum Herstellen einer freitragenden Abstandsmaske nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Prozeßschritte :

- Aufbringen einer Ristonschicht auf ein leitendes Substrat ..

- Abscheiden einer SiOp-Schicht auf die Eistonschicht

- Abscheiden einer Slektronenstrahl-Hegativlackschicht auf die SiO₂-Schicht

- Übertragen der Struktur der Vorlage mittels einer Elektronenstrahlbelichtung in die. Negativlackschicht

- Offnen der Si0_p-Schicht durch Atzen unter Nutzung des Hegativlacks als Haftmaske

-Beseitigen der Negativlaekreste

- Übertragen der durch die SiO_p-Schicht gebildeten Struktur in die Ristonschicht und der Abtragung bis

auf das Substrat mit Hilfe des reaktiven lonenstrah-lätzens unter Anwendung eines Sauerstoffionenstrahls

- Beseitigen der SiQ^-Restschicht

- Galvanisches Aufwachsen von Nickel auf dem leitenden Substrat bis zur Höhe der Ristonschicht

- Aufbringen und Strukturieren einer lackschicht im Positiv- oder Negativprozeß

- fortsetzen des galvanischen Aufwachsens von Nickel an den freigelegten Maskenteilen

- Entfernen der Lackreste

- Entfernen des Substrats

- Entfernen der Ristonreste

- Einspannen der Abstandsmaske in einen Rahmen.
3. Verfahren nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur der Vorlage mittels Ionenstrahlbelichtung in eine Ionenstrahl-Negativlackschicht übertragen wird.
4. "Verfahren nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Struktur der Vorlage; in ein Material mit Iqnen-Hegativresisteigenschaften, vorzugsweise Molybdän, übertragen wird.
5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Prozeßschritte:

- Abscheiden einer ersten Nickelschicht auf einem Substrat, beispielsweise Silizium oder Aluminium

- Aufbringen der Vorlage auf der lickelschicht

- Übertragen, der Vorlagenstruktur in die Nickelschicht durch Ätzen, vorzugsweise Ionenstrahlätzen

- Entfernen der Vorlage

- Abscheiden einer ]?oto- bzw. Elektronenlackschicht

- Übertragen der Designstruktur in die Lackschicht und deren Entwicklung.

- Galvanisches Abscheiden einer zweiten Uiclcelschicht

- Entfernen des lacks und des Substrats.
6. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet durch folgende Prozeßschritte:

- Aufbringen der "Vorlage auf das Substrat

- fortsetzen des Bestrahlungsprozesses mit Kernteilchen, bis auf dem Substrat lolieninseln mit im Mittel 0,2 ... 1,5/um Durchmesser verbleiben

- Galvanisches Aufwachsen einer ersten lickelschicht

- Erzeugen einer loto- bzw. EIektronenresistschicht

- Übertragen der Designstruktur in die lackschicht
und deren Entwicklung

- Galvanisches Abscheiden einer zweiten Hickelschicht

- Entfernen von lack, Substrat und Jolienresten.
7. Verfahren nach den Punkten 2, 5 und 6, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Hickelschicht bis zehnmal so
dick wie die zweite ist.