DD293901A5 - Negativfotoresist mit trockener entwicklung - Google Patents

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DD293901A5 DD34000990A DD34000990A DD293901A5 DD 293901 A5 DD293901 A5 DD 293901A5 DD 34000990 A DD34000990 A DD 34000990A DD 34000990 A DD34000990 A DD 34000990A DD 293901 A5 DD293901 A5 DD 293901A5
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Georg Mehliss
Lothar Bauch
Eckhard Roll
Gunhild Heller
Joachim Bauer
Burkhart Dietrich
Katrin Risto
Karola Richter
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Fotochem Werke Berlin Veb
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Abstract

Ein Fotoresist auf der Basis von speziellen Novolakharzen als Bindemittel und auf dieses abgestimmten lichtempfindlichen Komponenten, die 1,2-Naphthochinondiazidderivate enthalten, wird beschrieben. Mit der angegebenen Fotoresistloesung ist es moeglich, nach der bildmaeszigen Belichtung eine Silylierung der belichteten Zonen aus der Gasphase durchzufuehren (DESIRE- bzw. FOSTER-Prozesz). Anschlieszend kann in einem Einstufenprozesz im Sauerstoffplasma bzw. durch ein vorgeschaltetes Flashaetzen mit einem CF4/O2 in einem Zweistufenprozesz entwickelt werden. Mittels des angegebenen Fotoresists lassen sich durch Belichtung mit 436 bzw. 365 nm Strukturen einer Aufloesung von 0,5 mm erzeugen. Durch die erfindungsgemaesze Komposition werden Vorteile hinsichtlich Empfindlichkeit, Selektivitaet, Silylierungszeit und Maszdurchgang erzielt.{Fotoresist; Novolak; Naphthochinondiazid; Plasma; RIE; Silylierung; Gasphase; Sauerstoff; Tetrafluorkohlenstoff; Lackmaske}

Description

st Alkyl, H ^ ode*
2. Negativfotoresist nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Farbstoff ein Azofarbstoff eingesetzt wird.
3. Negativfotoresist nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Azofarbstoff Sudangelb eingesetzt wird.
Hierzu 1 Seite Zeichnung
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Fotoresists für die Strukturierung von Halbleitermaterialien im Auflösungsgebiet des Sub-pm-Bereichs, der für die rationelle Fertigung mikroelektronischer Bauelemente im Multi-MBit-Speicherniveau geeignet ist.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Die ständig steigenden Anforderungen an die Komplexität integrierter Schaltkreise erfordern eine weitere Miniaturisierung der abzubildenden Strukturen. Die unter Produktionsbedingungen zu gewährleistende Auflösung verlagert sich mehr und mehr in den Sub-Mikrometerbereich.
Da diese Strukturgrößen durch konventionelle Positivfotokopierlacke auf der Basis von Naphthochinondiazid/Novolak in Verbindung mit den üblichen Belichtungseinrichtungen (Expositionswellenlänge 436 bzw. 365 nm) nicht zu erreichen sind, ist eine Weiterentwicklung der Kopierlacksysteme in Verbindung mit einer veränderten Technologie der Lackmaskenherstellung notwendig. Für die Sub-pm-Fotolithografie werden bei der dioptischen Projektion geringer'Bildkontrast und geringe Bildraumtiefe zum gravierenden Problem. Daneben birgt die Topographie des Wafers Probleme für einen Fotoresist, der durchbelichtet werden muß, da unterschiedliche Schichtdicken unterschiedliche Bestrahlung erfordern.
Den oben beschriebenen Problemen kann dadurch begegnet werden, daß Mehrlagenresistsysteme verwendet werden, in denen die Funktionen des Resists auf mehrere Schichten verteilt werden (M. Hatzakis, J. Paraszczak, J. Shaw: Proc. Microelectronics Eng. [Lausanne], S.386 (1981)).
Diese Problemlösung bringt aber eine hohe Komplexität in die Technologie, ue kostenaufwendig ist.
Die Realisierung der Funktionen eines Mehrlagenresists in einer Schicht wird durch das Verfahren der Gasphasensilylierung
(F. Coopmans, B. Roland: SPIE Proc. 631,34 [1986]) beschrieben. Dabei wird die Naßentwicklung durch eine Entwicklung mittels Sauerstoff plasma abgelöst. Dieses Verfahren beruht auf einer selektiven Silylierung in den belichteten Gebieten. Durch thermische Reaktionen in den Dunkelzonen wird eine Verknüpfung der Novolakmatrix erreicht, wodurch die Eindiffusion des gasförmigen Silylierungsmittels behindert wird.
Im Verfahren der Gasph asensilylierung können übliche Positivfotoresiste auf der Basis von Naphthochinondiazidderivaten als lichtempfindliche Korn .onente (LEK) und Novolakharz als Bindemittel benutzt werden. Im EP184567 wird ein Prozeß beschrieben, der die Silylierung von Polymeren wie Phenolharz, Polystyren, Polyvinylcarbazol oder Polyvinylphenol ausnutzt.
Dabei wird deutlich, daß die Leistungsfähigkeit der Materialien wesentlich durch die Polymerstruktur und die Struktur der lichtempfindlichen Komponente beeinflußt wird.
Es werden Bestrahlungswerte von 50-HOmJ/cm2 und Silylierungszeiten zwischen 3 und 30 Minuten angegeben. Dabei erfordern die Systeme mit den höheren Empfindlichkelten die längeren Silylierungszeiten. Relativ niedrige Empfindlichkeiten und lange Silylierungszeiten sind Nachteile der angegebenen Materialien, da sie die Produktivität des Lithografieprozesses vermindern.
Das gebräuchlichste Silylierungsmittel ist Hexamethyldisllazan. In der Patentschrift EP 291670 werden Silylierungsmittel mit verbesserten Abgangsgruppen angegeben. Diese werden allerdings nur für modifizierte Novolakharze, zum Beispiel Poly-tert,-butyloxycarbonyloxystyren, eingesetzt.
Im EP 281182 wird eine Verbesserung des Unterschiedes im Silylierungsgrad von belichteten und unbelichteten Zonen vorgeschlagen, die darin besteht, daß die Verknüpfung der Polymermatrix zur Verhinderung der Eindiffusion von Silylierungsmittel durch zusätzliche Schritte wie Belichtung im Vakuum oder durch Zusätze von Vernetzern verstärkt wird. Der Nachteil dieser Methoden besteht in den zusätlichen technologischen Schritten bzw. in den auch thermisch labilen Zusätzen. In keinem debitierten Patente wird auf Bildraumtiefe oder die Abhängigkeit der Maßhaltigkeit der Strukturen von der Bestrahlung eingegangen.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, einen gegenüber UV- und sichtbarem Licht hochempfindlichen Fotoresist mit trockener Entwicklung anzugeben, der zeit- und energiesparend zur Verwendung als Maske für die Übertragung höchslaufgelöster Strukturen in Halbleitermaterialien geeignet ist und sich durch große Schärfentiefe und großen technologischen Spielraum auszeichnet.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber UV- und sichtbarem Licht empfindlichen Fotoresist mit trockener Entwicklung anzugeben, der sich durch hohe Empfindlichkeit auszeichnet und bei Erhalt einer hohen Selektivität bezüglich der Silylierung von belichteten und unbelichteten Gebieten kurze Einwirkungszeiten des Silylierungsmittels erlaubt. Gleichzeitig sollen die Verarbeitungsbedingungen einen hohen Kontrast des Fotoresists ergeben, um eine Auflösung im Sub-pm-Bereich zu ermöglichen, sowie eine möglichst große Schärfentiefe im Vergleich zum herkömmlichen, naß entwickelbaren Fotoresist garantieren.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Bindemittel ein Kondensationsprodukt aus einem o-/m-Kresolbismethylol und einem p-/m-Kresolgemisch mit definiertem Molekulargewicht und definierter Molekulargewichtsverteilung in einem geeigneten Lösungsmittel verwendet wird und mit einer lichtempfindlichen Komponente der allgemeinen Formel I gemischt wird.
Formel X
OD
OD
R = Alkyl, H D = D1 oder D2
so2
Das Masseverhältnis von Bindemittel zu LEK beträgt dabei 1:0,1 bis 1:1, vorzugsweise 1:0,5. Der filtrierte Fotoresist wird in üblicherweise auf Silicium1 Reiben aufgeschleudert und getrocknet. Die Belichtung durch eine geeignete Maske erfolgt mittels üblicher Belichtungseinrichtung (beispielsweise einem automatischen Überdeckungsrepeater AÜR-M von VEB Carl Zeiss Jena) mit einer Wellenlänge von 436 oder 365nm. Nach einem Temperprozeß zwischen 130 und 1750C, der zwischen 10s und 160s erfordert, wird bei einer Temperatur zwischen 130 und 1750C die Gasphasensilylierung mittels Hexamethyldisilazan oder einem anderen geeigneten Silylierungsmittel durchgeführt. Die Silylierungszeiten liegen zwischen 50 und 600s, vorzugsweise bei 120 s. Durch dia spezifische Struktur von Bindemittel und lichtempfindlicher Komponente kommt es zu zwei Effekten. Die Silylierung der belichteten Zonen geht besonders schnell vonstatten, weil die Eindiffusion des Silylierungsmittels aus der Gasphase begünstigt ist. Durch den Temperprozeß nach der Belichtung (vor und während der Silylierung) findet zwischen Bindemittelmolekülen über die LEK eine Verknüpfung stan. Ohne diese Verknüpfung durch Zusätze oder besondere Verfahrensschritte unterstützen zu müssen, reicht die spezielle Kombination Novolakharz und LEK vom Typ I aus, eine genügend starke Silylierungsselektivität zu erzeugen. RBS-Messungen (Abb. 1) belegen diese Aussage.
Infolge der unterschiedlichen chemischen Reaktionen in belichteten und unbelichteten Gebieten entstehen bereits nach der Silylierung schwach strukturierte Bilder, weil die Schichtdicke der Dunkelzonen geringer als die der belichteten Gebiete ist. Die vollständige Überführung des Bildes in eine Reliefabbildung erfolgt anschließend in einem sauerstoffhaltigen Niederdruckplasma bei einem Druck, der anisotropes Ätzen gewährleistet. Dabei kann entweder zunächst mit einem Gemisch von Sauerstoff und fluorhaltigen Gasen und anschließend mit reinem Sauerstoff oder aus ausschließlich mit 100% Sauerstoff als Gasfüllung gearbeitet werden.
Durch Anfärben des Fotoresists mit einem Azofarbstoff, der im Bereich der angewendeten Belichtungswellenlänge absorbiert, gelingt es, auch auf stark reflektierende Schichten eine Auflösung im Submikrometerbereich zu erzielen.
Ausführungsbeispiele
1. 100g eines Negativfotoresists werden hergestellt, indem 23g Novolakharz mit einer Moldispersität von 3,9 und einem Fließpunkt von 1350C und 10,8g lichtempfindlicher Komponente mit D = D, und R = CH3, in 66ml Ethylglycolacetat gelöst werden.
Zur Oberflächenglättung werden 0,2g siliciumhaltigesTensid NM4235 (VEB Chemiewerk Nünchritz) zugesetzt. Die filtrierte Lacklösung wird durch Aufschleudern auf einer BET 150/1 (VEB Elektromat Dresden) auf eine Sijiciumscheibo
aufgebracht und bei 950C getrocknet. Es entsteht eine Schichtdicke von 1,5 pm. Anschließend wird mittels AÜR-M eine
Schablone projiziert. Die notwendige Bestrahlung beträgt 25mJ/cm2. Nach der Belichtung wird 50s bei 165"C getempert und anschließend während einer Zeitdauer von 180s bei 1650C mit Hexamethyldisilazan silyliert. Die Strukturübertragung in die Resistschicht erfolgt mittels eines Zweistufenprozesses. Zuerst
wird mit einem Gemisch von CF, und O2 60s bei einem Druck von 3 Pa in einem Plasmaätzreaktor (ZWG der Akademie der
Wissenschaften der DDR) geätzt. Anschließend wird bei einem Druck von 2 Pa mit reinem Sauerstoff durchgeätzt. Unter
diesen Bedingungen wird eine Auflösung von Gräben und Stegen von jeweils Ο,δμπι erreicht. Die ursprüngliche Schichtdickebleibt zu 95% erhalten. Im günstigsten Beispiel der Erfindungsbeschreibung EP184567 würde bei einer Bestrahlung von50mJ/cm2 eine Silylierungszeit von 4 Minuten angegeben.
Neben den beschriebenen Vorteilen wird entsprechend der Zielstellung weiterhin erreicht, daß der Schärfentiefenbereich um
2 pm verbessert wird, verglichen mit der Lacktechnologie auf Basis von naßentwickelbaren Fotokopierlacken (AZ 13704,2Mm). Gleichzeitig wird ein beträchtlich flacherer Anstieg der Maßdurchgangskurve erhalten, als es beispielsweise bei
AZ 1370 der Fall ist.
2. Analog Beispiel 1 werden 100g einer Lacklösung hergestellt, in der 10,8g LEK mit D = D2 und R = CH3 gelöst sind. Analog Beispiel 1 wird beschichtet und getrocknet, sowie mit einer Wellenlänge von 365nm durch eine Maske belichtet. Die erforderliche Bestrahlung beträgt in diesem Fall 30 mJ/cm2, die dazu gehörende Silylierungszeit beträgt 3 min. Nach dem Entwicklungsprozeß bleiben 90% der ursprünglichen Schichtdicke erhalten.
3. Analog Beispiel 1 werden 100g einer Lacklösung hergestellt, in der 10,8g LEK mit D = D, und R = H gelöst sind.
Analog Beispiel 1 wird beschichtet, getrocknet und belichtet. Die erforderliche Bestrahlung beträgt 30 m J/cm*. Anschließend wird bei 50 s bei 179°C getempert und 2 Minuten mit Hexamethyidisiiazan siiyliert. Die Entwicklung des latenten Bildes erfolgt analog Beispiei 1. Die erreichte Auflösung liegt im Bereich um 0,5 μπι.
4. Eine Lacklösung analog Beispiel 1 wird zusätzlich mit 0,6g Sudangelb versetzt und anschließend filtriert. Analog Beispiel 1 wird beschichtet, getrocknet, siiyliert und im Sauerstoffplasma entwickelt. Mit einer Bestrahlung von 60 mJ/cm2 wird ein 95%iger Schichtaufbau erhalten. Die notwendige Silylierungszeit beträgt 2,5min.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Negativfotoresist mit trockener Entwicklung für mikrolithografische Aufzeichnungszwecke, der in einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel oder-gemisch filmbildend auf eine Unterlage eines Halbleitermaterials aufgebracht und aufgetrocknet ist und nach Belichtung mit UV- oder sichtbarem Licht und nach Gasphasensilylierung mit einem sauerstoffhaltigen Plasma entwickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Negativfotoresist aus einem Bindemittel, bestehend aus einem Kondensationsprodukt aus Kresolgemischen und Formaldehyd und einer lichtempfindlichen Komponente der allgemeinen Formel I sowie gegebenenfalls einem Farbstoff besteht.
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