DE3203898C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Mustern oder Strukturen bei der Herstellung von Halblei­ tern oder ähnlichen Bauelementen.

Bisher wird die Ausbildung von Strukturen bei der Herstel­ lung von Halbleitern oder integrierten Schaltkreisen haupt­ sächlich mit einer photolithographischen Technologie durch­ geführt, bei der ein Photoresist aus einem photoempfindli­ chen, organischen, polymeren Resistmaterial verwendet wird. Aufgrund der bemerkenswerten Entwicklung bei neueren Halb­ leiterbauelementen, insbesondere bei Größtintegrations- Schaltkreisen, werden die Bedingungen für die Strukturbil­ dung außerordentlich streng, und zwar beispielsweise auf­ grund der folgenden Auswirkungen: Abnahme der Größe der Einzelelemente in einem Bauelement aufgrund der Zunahme der Packungsdichte der Einzelelemente, Zunahme der nicht­ planaren Oberflächemerkmale der Einzelelemente, unter­ schiedliche, zu ätzende Materialien, Zunehmen der Kompli­ ziertheit bei Mehrschicht-Verbindungen sowie Zunahme der Ionenstoppfähigkeit einer Maske für die Ionenimplantation durch die Zunahme der Ionenimplantationsenergie. Daher kann ein derartiges Photoätzverfahren, bei dem ein übli­ ches, organisches polymeres Resistmaterial verwendet wird, nicht mit den vorstehenden Bedingungen in Einklang ge­ bracht werden.

Andererseits wurde kürzlich (US-PS 41 27 414) ein anorgani­ sches Resistmaterial aus einem Laminat entwickelt, das aus einem auf Selen basierenden Glasmaterial und aus einer Sil­ berschicht oder aus einer eine Silberverbindung enthalten­ den Schicht oder aus einer Silberlegierungsschicht besteht; dieses anorganische Resistmaterial wurde zunächst als vorteilhaft angesehen wegen einer großen Anzahl ausgezeich­ neter Eigenschaften einschließlich einer hohen Auflösung, die denen eines üblichen organischen, polymeren Resistmate­ rials überlegen waren. Wenn jedoch bei Verwendung eines der­ artigen anorganischen Resistmaterials das übliche Photo­ ätzen durchgeführt wird, ist es erforderlich, daß die an­ organische Resistschicht außerordentlich dünn ausgebildet ist, um eine hohe Auflösung zu erhalten. Es ergeben sich daher Probleme im Hinblick auf die Anwendung derartigen anorganischen Resistmaterials auf einer nichtplanaren Sub­ stratfläche oder Metallschicht. Da ferner optimale Bedin­ gungen, wie beim Belichten und Entwickeln, sich zwischen rela­ tiv groben Strukturen und relativ feinen Strukturen unter­ scheiden, ergibt sich das Problem, daß die Strukturquali­ tät sich insgesamt verschlechtert, wenn ein Relief mit großen und kleinen (groben und feinen) Mustern gebildet werden soll.

Es ist ein Zweischicht-Resist bekannt, das durch Laminieren des vorstehend erwähnten anorganischen Resists auf eine or­ ganische Polymerschicht als eine Art Mehrschicht-Resist gebildet wird; vgl. JP-OS 1 49 941/80 oder EP-A 00 18 653, "Process für fabrication of an article" sowie die Aufsätze "Bilevel high resolution photolithographic technique for use with wafers with stepped and/or reflecting surfaces" (J. Vac. Sci. Technol., 16(6), November/Dezember 1979, S. 1977-1979) und "Submicron optical lithography using an inorganic resist/polymer bilevel scheme" (J. Vac. Sci. Technol., 17(5), Sept./Oktob. 1980, S. 1169- 1176). Ein derartiges Zweischicht-Resist hat die folgenden Vorteile:

Das Glätten einer nichtplanaren Substratoberfläche mit Hilfe der Schicht aus organischem, polymeren Resistmaterial sowie die Bildung einer feinen Struktur oder eines abge­ stuften oder stark reflektierenden Substrats mit Hilfe des anorganischen Resistmaterials sind aufgrund der hohen optischen Absorption einfach. Ferner ist die Bildung einer dicken Polymer-Resiststruktur mit rechteckigem Querschnitt ebenfalls einfach, und daher hat der vorstehend erwähnte Zweischicht-Resist vorteilhafte Anwendungseigenschaften im Hinblick auf eine Bearbeitung, bei der ein starker Wider­ stand für die Ätzmaske erforderlich ist, beispielsweise beim reaktiven Ionenätzen oder beim Ionenstrahlätzen. Das vorstehende Verfahren zum Bilden des Zweischicht-Resist ist ebenfalls vorteilhaft bei der Herstellung von Masken­ strukturen für die Ionenimplantation.

Es verbleiben jedoch noch die folgenden Nachteile im Hin­ blick auf den anorganischen Resist, der ebenfalls bei der Strukturherstellung unter Verwendung des Zweischicht- Resist eingesetzt wird. Insbesondere sind die Bedingungen beim Belichten und Entwickeln für den anorganischen Resist unterschiedlich für feine Strukturen im Vergleich zu rela­ tiv großen Strukturen. Wenn daher diese Bedingungen in ge­ eigneter Weise eingestellt sind, wenn die feinen und gröbe­ ren Strukturen getrennt gebildet werden, so ist es möglich, die Qualität dieser Strukturen zu vergleichmäßigen. Im all­ gemeinen, insbesondere bei LSI-Schaltkreisen sind jedoch sowohl die groben (großen) als auch die kleinen (feinen) Strukturen vorhanden. Bei der Ausbildung von Reliefs mit derartigen großen und kleinen Strukturen sind daher entwe­ der die eine oder die andere Struktur oder sogar die beiden Strukturen qualitativ unzureichend, wenn die Ausbildung der Strukturen des vorstehend erwähnten Zweischicht-Resist unter den gleichen Belichtungs- und Entwicklungs-Bedingun­ gen für den anorganischen Resist bei den beiden Strukturen erfolgt. Daher kann ein Relief mit großen und kleinen Struk­ turen nicht in zufriedenstellender Weise hergestellt wer­ den, indem lediglich ein derartiges Zweischicht-Resist ver­ wendet wird.

Ferner besteht die Schwierigkeit beim Ausrichten der Maske für ein derartiges Zweischicht-Resist. Bei der zunehmend populärer werdenden Projektionsbelichtung erfolgt die Aus­ richtung der Maske automatisch durch Feststellen des re­ flektierten Lichts von einer Richtmarke auf dem Substrat. Die besonders vorteilhaften Merkmale des Zweischicht-Resists bestehen jedoch, wie vorstehend ausgeführt, in dem Glätten der Substratoberfläche und in der Beseitigung des reflek­ tierten Lichts von dem Substrat. Daher erhält man von der mit dem Zweischicht-Resist bedeckten Richtmarke kein re­ flektiertes Licht, so daß die vorstehend erläuterte Ausrich­ tung der Maske unmöglich wird. Ferner werden die bei einem der­ artigen Zweischicht-Resist sowohl die Polymerschicht als auch die anorganische Resistschicht immer gemeinsam behan­ delt, während keine dieser Schichten einzeln strukturiert ist. Dies bedeutet, daß die Anwendung des Zweischicht-Resist bei verschiedenen Strukturausbildungen nicht in Betracht gezogen wird.

Die DE-OS 20 15 841 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Metallschicht auf einem Grundkörper aus halbleitendem oder isolierendem Material. Dabei wird mittels einer Maskierungschicht eine gewünschte Struktur auf eine auf dem Grundkörper aufgebrachte Metallschicht übertragen; durch eine Wärmebehandlung der Maskierungs­ schicht soll erreicht werden, daß die Schichten keine uner­ wünschten Löcher aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Bildung von Strukturen oder Mustern anzugeben, das in großem Umfang eingesetzt werden kann und bei dem die verschiedenen Schichten einzeln sowohl mit groben als auch mit feinen Mustern strukturiert werden können; das Verfahren soll ferner die Herstellung von Mustern mit hoher Auflösung und automatischem Ausrichten der Maske ermöglichen.

Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ausbildung einer Mehrschicht-Verbindungsstruktur, wobei eine Resist­ schicht aus einem organischen Polymer als isolierende Zwi­ schenschicht verwendet wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner unter Verwendung eines Zweischicht- Resists eine dünne Schichstruktur durch ein Abhebeverfahren in vorteilhafter Weise ausgebildet werden.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 6 jeweils Querschnitte zur Erläuterung von ver­ schiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß der in den Fig. 1a bis 1i dargestellten ersten Aus­ führungsform wird ein Fenster auf einer Aussparung 1 b aus­ gebildet, die auf der Hauptfläche 1 a eines zu bearbeiten­ den Substrats 1 gebildet ist. Bei der Herstellung von inte­ grierten Schaltkreisen oder dergleichen wird häufig bei derartigen nichtplanaren Oberflächen das Photoätzverfahren angewendet. Das Substrat 1 weist gemäß Fig. 1a eine derar­ tige Struktur auf, die man durch Aufbringen einer ersten Schicht 1 d aus einem Siliciumoxid-Film erhält, wobei ein vor­ gegebenes Muster auf der Hauptfläche eines Halbleiter­ wafers 1 c aus Silicium durch Photoätzen erhalten wird, fer­ ner wird eine zweite Schicht 1 e aus SiO₂, Aluminium oder dergleichen auf der Hauptfläche des Halbleiterwafers 1 c aufgebracht, um dessen gesamte Oberfläche einschließlich der ersten Schicht 1 d abzudecken.

Um ein Fenster auf der Aussparung 1 b des Substrats 1 mit der vorstehend erläuterten Struktur auszubilden, wird zu­ nächst eine Resistschicht 2 aus einem organischen Polymer, mit folgenden als "organisches (polyme­ res) Resistmaterial" bezeichnet, auf der Hauptfläche des Substrats 1 gebil­ det, um dessen gesamte Oberfläche gemäß Fig. 1b abzudecken. Als derartiges organisches Resistmaterial kann jeweils solches Material verwendet werden, das eine ausrei­ chende Adhäsion gegenüber der zweiten Schicht 1 e des Sub­ strats 1 unabhängig von der negativen oder positiven Typ­ zuordnung aufweist. So können als Resistmaterialien bei­ spielsweise bevorzugt CBR, KPR, OSR, OMR, KMER, KTFR, Way­ coat oder AZ eingesetzt werden. CBR ist ein Cyclopolybutadien, dem als Sensibilisierungsmittel eine Bis-azidoverbindung zugesetzt ist. KTFR, KMER, OMR und Waycoat sind Cyclopoly­ isoprene, denen als Sensibilisierungsmittel ebenfalls eine Bis-azidoverbindung zugesetzt ist, beispielsweise 4,4′-Diazidchalkon. KPR und OSR sind Polyvinylcinnamate, und AZ ist ein Kondensationsprodukt, das aus Novolak-Harz und Chinondiazid besteht. Besonders bevorzugt ist ein Resistmaterial, das als Hauptbestandteil Cyclopolybutadien- Kautschuk aufweist, da ein derartiges Photoresistmaterial ausgezeichnete Eigenschaften hinsichtlich der Wärmebeständigkeit aufweist. Die Filmdicke eines derartigen Resistmaterials kann in einem Bereich lie­ gen, in dem das Resistmaterial keine feinen Löcher (Porosi­ tät) bildet, sondern die nichtplanare Oberfläche des Sub­ strats 1 vollständig bedeckt; es ist bevorzugt, daß die Dicke des Resistmaterials im Bereich von etwa 0,1 µm bis zu mehreren µm liegt.

Zunächst wird die so gebildete Resistschicht 2 nach einem bekannten Verfahren durch Wärmeeinwirkung vorbehandelt; danach wird die Resist­ schicht 2 belichtet, um zumindest einen Teil, der den nicht­ planaren Abschnitt des Substrats 1 bedeckt, zu belassen, und schließlich wird die so belichtete Resistschicht 2 in bekannter Weise entwickelt, um ein erstes gewünschtes Mu­ ster mit der Resistschicht 2 auf der Hauptfläche 1 a des Substrats 1 gemäß Fig. 1c zu bilden. Danach wird die mit dem gewünschten Muster versehene Resistschicht 2 zum Aus­ härten wärmebehandelt. Die hierbei erforderliche Temperatur wird bestimmt durch den Typ des verwendeten Resistmaterials. Bei Verwendung eines negativen Photoresistmaterials, das cyclisierten Polybutadien- Kautschuk als Hauptbestandteil aufweist, ist beispielsweise eine Tempe­ ratur von etwa 200 bis 250°C bevorzugt. Bei dieser Wärme­ behandlung zeigt das Resistmaterial ein Erweichen und Verfließen ("Resistfluß"). Dadurch wird eine nichtplanare Oberfläche der Hauptfläche des Substrats 1 merklich auf der Oberfläche der Resistfläche 2 ausgegli­ chen oder vergleichmäßigt, was für die nachfolgende Bildung der anorganischen Resistschicht und beim Photoätzen besonders vorteilhaft ist.

Danach werden gemäß Fig. 1d nacheinander eine Schicht 3 a aus Glasmaterial auf der Basis von Selen sowie eine Schicht 3 b aus Silber oder enthaltend Silber auflaminiert, wobei die gesamte Hauptfläche des Substrats 1 einschließlich der Resist­ schicht 2 bedeckt wird, mit der das erste gewünschte Muster gebildet wird; danach wird das Muster nach einem an sich bekannten Verfahren einer Hitzehärtung unterzogen, und eine anorganische Resistschicht 3 ausgebildet (vgl. US-PS 41 27 414).

Wenn die anorganische Resistschicht mit einem zweiten ge­ wünschten Muster mittels Licht oder mittels eines beschleu­ nigten Teilchenstrahls 4, beispielsweise einem Elektronen­ strahl, belichtet worden ist, wird dann der belichtete Ab­ schnitt der Se-Glasschicht 3 a mit Silber dotiert, um einen mit Silber dotierten Bereich 3 c zu bilden. Ferner wird ge­ mäß Fig. 1f das Substrat durch Ätzen entwickelt, um die Schicht 3 b aus Silber oder enthaltend Silber, die auf den unbelichteten Abschnitten der anorganischen Resistschicht 3 verblieb, sowie die nichtdotierte Se-Glasschicht 3 a in an sich bekannter Weise zu entfernen; dadurch kann das zweite gewünschte Muster mit Hilfe der anorganischen Re­ sistschicht 3 gebildet werden. Als Se-Glasmaterial, das die anorganische Resistschicht 3 bildet, kann jegliches Material verwendet werden, das durch Bestrahlen mit Licht oder einem beschleunigten Teilchenstrahl 4 eine Sil­ berdotierung zeigt; bevorzugt ist jedoch ein binäres Glas enthaltend Se und Ge, insbesondere ein Material mit einer Zusammensetzung von etwa 80 Atomprozent Se und etwa 20 Atomprozent Ge im Hinblick auf die Auflösung und Emp­ findlichkeit der anorganischen Resistschicht 3. Ferner sollte die Schichtdicke dieser Se-Glasschicht 3 a in einem Bereich liegen, in dem die Schicht ohne Ausbildung von fei­ nen Löchern oder Poren gebildet werden kann; vorzugsweise liegt die Dicke im Bereich von etwa einigen hundertstel µm bis zu 1 µm.

Danach erfolgt gemäß Fig. 1g das Ätzen unter Ausnutzung der anorganischen Resistschicht 3, auf der das zweite gewünsch­ te Muster, d. h. der Ag-dotierte Bereich 3 c als Maske aus­ gebildet worden ist; dadurch werden die Bereiche der orga­ nischen Resistschicht 2 entfernt, die nicht durch diese Maske abgedeckt sind. Dieses Ätzen kann durch ein Naßverfah­ ren erfolgen, bei dem ein geeignetes Lösungsmittel, das das erwähnte organische Resistmaterial auflösen kann, verwendet wird; bevorzugt ist jedoch ein Trockenätzverfah­ ren mit Hilfe eines Sauerstoffgas-Plasmas, und insbesondere ein Ätzverfahren mit Richtungswirkung, wie ein reaktives Ionenätzverfahren, bei dem eine parallele, ebene, platten­ förmige Plasmaätzvorrichtung verwendet wird. Im letzteren Fall schreitet das Ätzen lediglich in Dickenrichtung des Substrats fort, so daß keinerlei Unterschneidungen auftre­ ten und die hohe Auflösung (Genauigkeit) der anorganischen Resistschicht 3 nicht beeinträchtigt wird. Daneben hat das Se-Glasmaterial einen sehr starken Widerstand gegenüber einer derartigen Trockenätzbehandlung mit Hilfe des Sauer­ stoffgas-Plasmas, und daher ist die Se-Glasschicht für eine Ätzmaske sehr geeignet.

Gemäß Fig. 1h wird dann die zweite Schicht 1 e im Substrat 1 unter Ausnutzung der anorganischen Resistschicht 3, die zur Erzeugung des zweiten gewünschten Musters ausgebildet wor­ den ist, und der organischen, polymeren Resistschicht 2 geätzt, auf die das vorerwähnte Muster als Ätzmasken aufge­ tragen worden ist. Das Ätzen erfolgt beispielsweise mit Hil­ fe eines Naßätzverfahrens unter Verwendung eines bekannten Ätzmittels, das von dem Material der zweiten Schicht 1 e ab­ hängt; wenn beispielsweise die zweite Schicht 1 e aus SiO₂ oder Al besteht, so wird als Ätzmittel-Puffer Flußsäure oder heiße konzentrierte Phosphorsäure verwendet. Alternativ kann ein Trockenätzverfahren angewendet werden, bei dem ein für das Material der zweiten Schicht 1 e geeignetes Gas eingesetzt wird. Ferner kann die Ätzbehandlung der organi­ schen, polymeren Resistschicht 2 gemäß Fig. 1g auch durch ein Trockenätzverfahren erfolgen, bei dem Sauerstoffgas verwendet wird, während ein anderes Ätzverfahren anschließ­ end für die zweite Schicht 1 e angewendet wird, indem le­ diglich das Sauerstoffgas durch ein anderes Ätzgas in der gleichen Vorrichtung ersetzt wird.

Die Entwicklungsbehandlung für die anorganische Resist­ schicht 3 gemäß Fig. 1f kann durch ein Plasmaätzen erfol­ gen, bei dem verschiedene Freongase verwendet werden, so daß alle Behandlungen für die anorganische Resistschicht 3, die organische Resistschicht 2 und die zweite Schicht 1 e gemäß den Fig. 1g, 1g bzw. 1h in der gleichen Ätzvorrichtung erfolgen können, so daß die Verfahrens­ schritte bemerkenswert vereinfacht werden können.

Wenn dann die anorganische Resistschicht 3 und die organi­ sche, polymere Resistschicht 2 gemäß Fig. 1i entfernt sind, erhält man das Substratmaterial 1 in der mit einem Fen­ ster 1 f ausgebildeten Aussparung 1 b. Bei dieser Material­ entfernung kann in beliebiger Weise vorgegangen werden, soweit nur die zweite Schicht 1 e nicht beschädigt wird; so kann beispielsweise diese Behandlung unter Verwendung einer Mischlösung aus Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid oder unter Verwendung von heißer, konzentrierter Schwefel­ säure erfolgen; bei einem anderen Verfahren erfolgt zu­ nächst das Entfernen der anorganischen Resistschicht 3 durch Eintauchen des Substrats in eine schwache alkalische Lösung während eines längeren Zeitraums, und danach wird die organische, polymere Resistschicht 2 mit Hilfe bei­ spielsweise eines Sauerstoff-Plasmas entfernt.

Obwohl bei der vorstehend erläuterten Ausführungsform le­ diglich der Fall erläutert worden ist, bei dem ein Fenster in der Aussparung auf der Oberfläche des Substrats ausge­ bildet ist, so bezieht sich dennoch diese Lehre allgemeiner auf ein Verfahren zum Ausbilden von Mustern, die erfindungs­ gemäß auf einer nichtplanaren Substratfläche ausgebildet werden. Daher ist die erfindungsgemäße Lehre bei der Ausbil­ dung von verschiedenen Mustern anwendbar, beispielsweise bei der Bildung eines Fensters bei konvexen Abschnitten oder auf einem Substrat mit einer abgestuften Oberfläche, um die gleichen vorteilhaften Eigenschaften zu erzielen.

Bei der in den Fig. 2a bis 2c erläuterten zweiten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vor den Verfahrensschritten gemäß der Fig. 2a bis 2c zunächst ähn­ liche Verfahrensschritte entsprechend den Fig. 1a bis 1g durchgeführt. Insbesondere wird zunächst das erste gewünsch­ te Muster mit der organischen, polymeren Resistschicht 2 auf dem Substrat 1 gebildet, und danach wird darauf das zweite gewünschte Muster mit der anorganischen Resist­ schicht 3 gebildet und das Muster auf die organische Resistschicht 2 übertragen. Danach wird die an­ organische Resistschicht 3 gemäß Fig. 2a entfernt, und eine auf dem Substrat 1 zu bearbeitende Schicht, d. h. die zweite Schicht 1 e aus beipsielsweise Al, wird dann unter Ausnut­ zung der organischen, polymeren Resistschicht 2 als Maske gemäß Fig. 2b geätzt. Wenn schließlich die verbliebene or­ ganische, polymere Resistschicht 2 entfernt wird, erhält man ein gewünschtes Relief einschließlich großer und klei­ ner Muster gemäß Fig. 2c.

Gemäß vorstehender Beschreibung bezieht sich die vorliegen­ de Ausführungsform auf ein Verfahren, bei dem die organi­ sche, polymere Resistschicht 2, die bei der ersten Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 1a bis 1i lediglich zum Abdecken und Glätten der nichtplanaren Substratoberfläche diente, in stärkerem Maße als effektive Maske zum Ausbilden eines relativ groben Musters auf dem Substrat 1 dient. Durch funk­ tionelles Unterteilen des Verfahrens beim Ausbilden des Musters, d. h. wenn feine und gröbere Muster auf einem Sub­ strat mit Hilfe eines anorganischen bzw. eines organischen, polymeren Resistmaterials gebildet werden, wird es vorteil­ haft, ein Relief mit einem feinen Muster in einem Bereich von mehreren µm bis in den Submikron-Bereich sowie ein grö­ beres Muster auf der Substratoberfläche zu bilden, das nicht diese hohe Genauigkeit erfordert. Ein derartiges Beispiel findet man häufig bei der gleichzeitigen Ausbildung eines feinen Metallisierungsmusters mit Anschlußkissen-Mustern von integrierten Schaltkreisen, so daß die zweite erfin­ dungsgemäße Ausführungsform besonders in diesen Fällen vor­ teilhaft ist.

Bei der zweiten Ausführungsform wird das mit der anorgani­ schen Resistschicht 3 gebildete feine Muster auf die orga­ nische, polymere Resistschicht 2 übertragen, und danach er­ folgt das Ätzen der zu bearbeitenden Schicht entsprechend dem gröberen Muster unter Ausnutzung der organischen, po­ lymeren Resistschicht 2; dieses Verfahren kann jedoch etwas modifiziert werden.

So kann beispielsweise ein gröberes Muster mit der organi­ chen, polymeren Resistschicht 2 gemäß Fig. 1c gebildet werden, und danach werden die zweite Schicht 1 e und die erste Schicht 1 d, die zu bearbeiten sind, einer Ätzbehand­ lung unterzogen, um die Schichten 1 e und 1 d, soweit sie nicht mit der gemusterten, organischen, polymeren Resist­ schicht 2 bedeckt sind, zu entfernen (vgl. Fig. 3a).

Danach wird gemäß Fig. 3b die anorganische Resistschicht 3 bestehend aus der Se-Glasschicht 3 a und der Schicht 3 b aus oder enthaltend Silber, ganzflächig auf der gemusterten, organischen, polymeren Resistschicht, die der Härtung unterworfen wird, sowie auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials ausgebildet, die durch die Ätzbe­ handlung freigelegt worden ist, d. h. die Hauptoberfläche des Substrats 1 (Halbleiterwafer 1 c in Fig. 3b), um die beiden Oberflächen zu bedecken. Wenn dann die Betrahlung mit dem gewünschten feinen Muster mit Hilfe von Licht oder einem beschleunigten Teilchenstrahl 4 erfolgt, beispiels­ weise einem Elektronenstrahl, so wird die Se-Glasschicht 3 a in dem bestrahlten Bereich mit Silber dotiert, um gemäß Fig. 3c den mit Silber dotierten Bereich 3 c zu bilden. Die Entwicklung des Substrats erfolgt durch Ätzen, um die Schicht 3 b, die Silber enthält oder aus Silber besteht und die auf den unbelichteten Abschnitten der anorganischen Resistschicht 3 verblieb, sowie die Se-Glasschicht 3 a, die nicht mit Silber dotiert ist, in an sich bekannter Weise zu entfernen, so daß man gemäß Fig. 3d mit der anorgani­ schen Resistschicht 3 ein feines Muster erhält.

Danach ätzt man unter Ausnutzung der feingemusterten, an­ organischen Resistschicht 3, d. h. des silberdotierten Be­ reichs 3 c, als Maske, um den Teil der organischen, poly­ meren Resistschicht 2 zu entfernen, der nicht mit dieser Maske abgedeckt ist, so daß das feine Muster gemäß Fig. 3e auf die organische, polymere Resistschicht 2 übertragen wird. Danach wird die zweite Schicht 1 e auf dem Substrat 1 unter Ausnutzung der feingemusterten, anorganischen Resist­ schicht 3 und der organischen, polymeren Resistschicht 2 geätzt, auf die das feine Muster als Maske übertragen wor­ den ist (vgl. Fig. 3f). Schließlich werden die anorganische Resistschicht 3 und die organische, polymere Resistschicht 2 entfernt, um das gemusterte Substrat 1 zu erhalten, wobei das Fenster 1 f in der Aussparung 1 b gebildet wird (vgl. Fig. 3g).

Bei den beiden vorstehenden Ausführungsformen werden die or­ ganische, polymere Resistschicht mit dem ersten gewünschten Muster sowie die anorganische Resistschicht mit dem zweiten gewünschten Muster lediglich als Ätzmaske für die Musterung des zu bearbeitenden Substrats verwendet, und schließlich werden die beiden Resistschichten entfernt. Es ist jedoch möglich, die organische, polymere Resistschicht auf dem Substrat ohne Vornahme der Entfernung zu belassen, und eine derartige Schicht wird funktionell als Strukturelement der Halbleiteranordnung verwendet. Als typisches Beispiel hier­ für kann die Bildung einer isolierenden Zwischenschicht für die Mehrschichtenverbindung in integrierten Schaltkreisen ange­ sehen werden.

Die Fig. 4a bis 4j zeigen eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß Fig. 4a ist bei dem Substrat 5 eine Isolierschicht 5 b aus SiO₂ auf der Haupt­ fläche des Halbleiterwafers aus Silicium ausgebildet, und auf dieser Isolierschicht 5 b befinden sich Leiterschich­ ten 5 c und 5 d aus beispielsweise Al, polykristallinem Si­ licium oder Molybdän.

Beispielsweise ist die Hauptfläche eines derartigen Sub­ strats 5 mit einer gemusterten Oberschicht ver­ sehen, die beispielsweise gegenüber der Leiterschicht 5 c mit Hilfe einer isolierenden Zwischenschicht elektrisch iso­ liert ist, die Leiterschicht 5 d kontaktiert und sich von einer Stelle auf der isolierenden Zwischenschicht zur Iso­ lierschicht 5 b erstreckt. In diesem Fall wird zunächst eine organische, polymere Resistschicht 2 auf die gesamte Oberfläche des Substrats gemäß Fig. 4b aufgebracht. Für die organische, polymere Resistschicht 2 kann irgendeines der entsprechenden Resistmaterialien der vorstehenden Aus­ führungsformen verwendet werden, wobei ein Resist, das cyclisierten Polybutadien-Kautschuk als Hauptbestandteil ent­ hält, besonders bevorzugt ist, da dessen elektrische Eigen­ schaften als isolierende Zwischenschicht, insbesondere der Isolationswiderstand sowie die Eigenschaften hinsichtlich der dielektrischen Verluste ausgezeichnet sind. Danach wird gemäß Fig. 4c die organische, polymere Resistschicht 2 in üblicher Weise mit einem Muster versehen, um das Muster für die isolierende Zwischenschicht zu bilden. Danach folgt eine ähnliche Wärmebehandlung wie bei dem vorstehenden Aus­ führungsbeispiel, so daß das organische, polymere Resist­ material der gemusterten Schicht 2 ausgehärtet wird. Danach wird gemäß Fig. 4d die anorganische Resistschicht 3 auf der organischen, polymeren Resistschicht 2 und der Isolier­ schicht 5 b ausgebildet, um die gesamte Oberfläche der orga­ nischen, polymeren Resistschicht 2 und die freiliegenden Abschnitte der Isolierschicht 5 b auf der Hauptfläche des Substrats 5 zu bedecken; danach erfolgt gemäß Fig. 4e die Bestrahlung mit Hilfe von Licht oder einem beschleunigten Teilchenstrahl 4, z. B. einem Elektronenstrahl, mit einem Muster, so daß man ein Fenster auf der Resistschicht über der Leiterschicht 5 d erhält. Gemäß Fig. 4f wird die anor­ ganische Resistschicht 3 entwickelt, und die organische, polymere Resistschicht 2 wird gemäß Fig. 4g geätzt, und schließlich wird die anorganische Resistschicht 3 gemäß Fig. 4h entfernt. Danach wird die obere Leiterschicht 6 auf der gemusterten, organischen polymeren Resistschicht 2 und der Isolierschicht 5 b ausgebildet, um die gesamte Ober­ fläche der gemusterten Resistschicht 2 und der freiliegen­ den Abschnitte der Isolierschicht 5 b auf der Hauptfläche des Substrats 5 gemäß Fig. 4e zu bedecken; schließlich wird das so behandelte Substrat in an sich bekannter Weise weiterbehandelt, um das gewünschte Muster zu erhalten; gemäß Fig. 4j erhält man ein Muster mit zwei Leiterschich­ ten, wobei die organische, polymere Resistschicht 2 als isolierende Zwischenschicht dient.

Obwohl die vorstehenden Ausführungsformen im Zusammenhang mit Zweischicht-Mustern erläutert worden sind, können im Rahmen der Erfindung auch Mehrschicht-Muster mit drei oder mehr Schichten durch Wiederholen der vorstehend erläuter­ ten Verfahrensschritte hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner besonders vorteil­ haft bei der Bildung von Dünnschicht-Mustern mit dem soge­ nannten Abhebeverfahren. Wenn beispielsweise ein feines Dünnschicht-Muster auf einer Aussparung in der Hauptfläche eines nichtplanaren Substrats 7 gemäß den Fig. 5a bis 5c ausgebildet wird, erfolgt die Musterherstellung, bei der die Gesamtfläche der Aussparung mit der organischen, poly­ meren Resistschicht 2 abgedeckt wird, sowie die Bildung des feinen Musters mit Hilfe der anorganischen Resistschicht 3 in ähnlicher Weise wie bei der vorstehenden Ausführungs­ form, und danach wird die organische, polymere Resist­ schicht 2 einer Ätzbehandlung unter Verwendung des mit Silber dotierten Bereichs 3 c in der anorganischen Resist­ schicht 3 als Maske zur Bildung des feinen Musters gemäß Fig. 5a unterworfen. Danach wird eine gewünschte Dünn­ schicht 8 ausgebildet, die die anorganische Resistschicht 3 und die gesamte Hauptfläche auf dem Substrat 7 gemäß Fig. 5b bedeckt; wenn schließlich die organische, poly­ mere Resistschicht 2 und die anorganische Resistschicht 3 entfernt werden, wird gleichzeitig die Dünnschicht 8 auf der anorganischen Resistschicht 3 entfernt, so daß man das gewünschte Dünnschicht-Muster gemäß Fig. 5c erhält.

Selbst wenn die Verfahrensschritte der vorstehenden vierten Ausführungsform etwas modifiziert werden, kann man ein ähn­ liches dünnes Schichtmuster erhalten. Beispielsweise wird gemäß Fig. 5a ein feines Muster mittels der anorganischen Re­ sistschicht 3 auf die organische, polymere Resistschicht 2 übertragen; danach wird lediglich die anorganische Resist­ schicht 3 gemäß Fig. 6a entfernt, eine Dünnschicht 8 wird auf der organischen, polymeren Resistschicht 2 und der Hauptfläche des Substrats 7 gebildet, die nicht mit der organischen, polymeren Resistschicht 2 bedeckt ist (vgl. Fig. 6b) und schließlich wird die organische, polymere Resistschicht 2 zusammen mit der darauf befindlichen Dünn­ schicht 8 entfernt, so daß ein gewünschtes Dünnschicht- Muster gemäß Fig. 6c gebildet wird. Dieses Verfahren ist insbesondere zur Ausbildung eines Reliefs mit groben und feinen Mustern vorteilhaft.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere die nachstehenden ausgezeichneten Eigenschaften:
Das mit der organischen, polymeren Resistschicht gebildete erste gewünschte Muster dient zum Abdecken und Glätten der gesamten, nichtplanaren zusammengesetzten Abschnitte eines Substrats oder der Bildung eines relativ großen (groben) Musters. Daher ist eine hohe Genauigkeit des Musters nicht erforderlich, so daß bei der Erfindung die organische, po­ lymere Resistschicht im Vergleich zur Strukturausbildung mit einer üblichen organischen, polymeren Resistschicht stark verdichtet werden kann. Aus diesem Grund nimmt der Ätz­ widerstand zu, wenn diese organische, polymere Resistschicht als Maske zur Ätzbehandlung eines Substrats verwendet wird. Daher können in vorteilhafter Weise die Einsatzmöglichkei­ ten eines zu bearbeitenden Substrats vergrößert werden, unterschiedliche Ätzmittel und Ätzgas können eingesetzt werden, und feines und tiefes Ätzen wird möglich.

Neben der Zunahme der Schichtdicke der organischen, poly­ meren Resistschicht ist die Wärmebehandlung nach der Mu­ sterausbildung der organischen, polymeren Resistschicht besonders vorteilhaft zum Glätten der nichtplanaren Ab­ schnitte eines Substrats, und diese Tatsache ist eng ver­ knüpft mit einer Verbesserung der Genauigkeit des gebil­ deten Musters im nachfolgenden Verfahrensschritt zum Aus­ bilden des Musters mit einer anorganischen Resistschicht. Daher ist es sehr einfach, eine feine Musterbildung mit hoher Genauigkeit auf der Oberfläche eines Substrats mit deutlich nichtplanaren Abschnitten vorzunehmen, auf dem bisher präzise Muster kaum ausgebildet werden konnten, so daß man erfindungsgemäß die hochauflösenden Eigenschaf­ ten einer anorganischen Resistschicht optimal ausnützen kann. Ferner ist die Zunahme der Schichtdicke einer Resist­ maske einfach, und daher ist das erfindungsgemäße Verfah­ ren besonders vorteilhaft zur Ausbildung einer Maske mit hoher Genauigkeit beispielsweise für die hochenergetische Ionenimplantation oder für die Ionenstrahlätzung eines stark ätzbeständigen Materials, wie LiNbO₃.

Wenn ferner der erfindungsgemäße Verfahrensablauf funktio­ nell derart unterteilt wird, daß ein relativ grobes Muster mit einer organischen, polymeren Resistschicht und ein feines Muster mit einer anorganischen Resistschicht gebil­ det wird, können die Bestrahlungsquelle oder die Art der Bestrahlung beim Bestrahlen jedes Musters geändert werden. Wenn daher die Art der Bestrahlung entsprechend der ge­ wünschten Genauigkeit bei jeder Musterausbildung derart ausgewählt wird, daß beispielsweise Licht oder ein Elek­ tronenstrahl für grobe bzw. feine Muster verwendet wird, kann die gewünschte Genauigkeit aufrechterhalten werden, und gleichzeitig kann die Bestrahlungszeit im Vergleich zur Bestrahlung aller Muster mit beispielsweise dem Elektronen­ strahl stark reduziert werden, so daß der Produktdurchsatz erhöht werden kann.

Wenn ferner erfindungsgemäß das erste Muster auf der organi­ schen, polymeren Resistschicht in Abhängigkeit von der Posi­ tion einer Richtmarke des Substrats zum Ausrichten der Maske ausgebildet wird, so wird die Richtmarke oder ein Abschnitt davon von der organischen Resistschicht befreit. Daher tritt beim Bestrahlen das nachteilige Problem nicht auf, daß das reflektierte Licht von der bei der Musterbildung bedeckten Richtmarke nicht gemessen werden kann, wenn ein Zweischicht- Resist verwendet wird; damit ist ein automatisches Aus­ richten der Maske im Belichtungssystem möglich.

Neben verschiedenen Kombinationen der erfindungsgemäßen Verfahrensstufen können beispielsweise Tief- und Flach­ ätzverfahren bei dem zu bearbeitenden Substrat vorteilhaft angewendet werden, und dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Dicke einer zu bearbeitenden Schicht in den ver­ schiedenen Abschnitten auf der Oberfläche eines Wafers unterschiedlich ist und ein Muster auf einer derartigen zu bearbeitenden Schicht ausgebildet werden soll; dies führt zu einer Vereinfachung der Verfahrensschritte.

Da die organische, polymere Resistschicht auf dem Substrat während der Wärmebehandlung nach dem Ausbilden eines Mu­ sters ausreichend ausgehärtet wird, werden die verschie­ denen Eigenschaften, wie die Härte, die elektrischen Eigen­ schaften oder der Wärmewiderstand, verbessert, so daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft zur Bil­ dung einer isolierenden Zwischenschicht und bei Anwendung des Abhebeverfahrens wird. Hierauf wird nachstehend noch näher eingegangen.

Isolierende Zwischenschichten aus Polymerisaten, wie Kunst­ harze aus der Gruppe der Polyimide als typisches Beispiel, sind bekannt; diese Schichten sind jedoch im allgemeinen nicht photoempfindlich, d. h. sie können nicht zur Bildung von Mustern herangezogen werden. Als polymere Resistmate­ rialien, die derartige Eigenschaften der isolierenden Zwi­ schenschichten erfüllen, sind die Resiste aus der Gruppe der cyclisierten Poylbutadiene bekannt, und wenn derartige Resiste als organische, polymere Resistschichten erfindungs­ gemäß eingesetzt werden, so ergeben sich die nachstehenden Vorteile: In vielen Fällen sind eine Feinheit und hohe Ge­ nauigkeit für eine Zwischenschicht erforderlich; da jedoch die Bearbeitung der organischen, polymeren Resistschicht als isolierender Zwischenschicht durch reaktives Ionen­ ätzen unter Verwendung einer anorganischen Resistmaske bei der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, kann die gewünschte Feinheit in ausreichendem Maße erfüllt werden. Wenn jedoch in diesem Fall ein Musterabschnitt der orga­ nischen, polymeren Resistschicht rechteckig wird und dabei ein Leiter kaum in einen schmalen, rechteckigen Zwischen­ raum zwischen den Mustern beim Ausbilden der Leiterschicht eintritt, so führt dies zu einem Bruch der abgestuften Oberfläche des oberen Leiters. Da erfindungsgemäß ein Mu­ ster mit einer anorganischen, polymeren Resistschicht ge­ bildet wird, weist ein Abschnitt des Musters eine geneigte Oberfläche auf, wie dies beispielsweise die Schicht 2 in Fig. 1b zeigt. Ein feines Muster mit einem rechteckigen Querschnitt wird mit einem anorganischen Resistmaterial auf der so gemusterten, organischen, polymeren Resist­ schicht durch reaktives Ionenätzen gebildet; danach wird eine obere Leiterschicht auf die gemusterte, organische, polymere Resistschicht mit dem feinen Muster aufgebracht, so daß Zweischichtleiter mit der organischen, polymeren Resistschicht als isolierender Zwischenschicht gebildet werden können. Danaben führen die erfindungsgemäßen Maß­ nahmen zu einem Glätten einer Schicht der Resistoberfläche bei der Zweischicht-Resisttechnik. Da ferner erfindungsge­ mäß ein Muster mit einer organischen, polymeren Resist­ schicht gebildet wird, ergibt sich eine Erhöhung der Fle­ xibilität der Konstruktion und der Ausführung des Musters der Zwischenschicht.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen bei der Her­ stellung einer Ionenimplantationsmaske kann eine Maske mit zwei Arten von Ionenstoppfähigkeiten hergestellt werden, so daß eine gleichzeitige Bildung von zwei Arten von Im­ plantationsbereichen durch eine einzige Ionenimplantation erzielt werden kann.

Erfindungsgemäß erhält eine organische, polymere Resist­ schicht die Funktion eines Musterbildners (Maske), so daß viele Vorteile erreicht werden können, die man mit einer einfachen Zweischicht-Resisttechnik nicht erzielen kann; ferner werden Probleme bei der Zweischicht-Resisttechnik gelöst. Wenn insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren zur unterschiedlichen Modifizierung der Musterherstellung herangezogen wird, so kann die Erfindung für verschiedene Muster, Schichtkonstruktionen und Schichtmaterialien an­ gewendet werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen von Strukturen oder Mustern auf einem Substrat, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a1) Ausbilden einer Resistschicht (2) mit einem organischen Polymer auf der zu bearbeitenden Oberfläche des Sub­ strats (1; 5; 7)
• a2) Belichten und Entwickeln der organischen Resistschicht (2) zum Ausbilden eines ersten gewünschten Musters, das eine Richtmarke des Substrats (1, 5, 7) freiläßt,
• b) Wärmebehandeln der gemusterten organischen Resistschicht (2),
• c) ganzflächiges Aufbringen einer anorganischen Resist­ schicht (3) in Form eines Laminats aus einer Schicht (3 a) aus Glasmaterial auf der Basis von Selen und aus einer Schicht (3 b), die aus Silber besteht oder Silber enthält, auf die gemusterte Oberfläche und die Richtmarke,
• d) Ausbilden eines zweiten gewünschten Musters mit der anor­ ganischen Resistschicht (3) durch Belichten und Entwickeln,
• e) Ätzen zum Entfernen der organischen Resistschicht (2) in dem Bereich, der nicht mit der gemusterten, anorganischen Resistschicht (3) bedeckt ist,
• f) Ätzen der zu bearbeitenden Oberfläche des Sub­ strats (1; 5; 7) in dem Bereich, der nicht mit der organischen Resistschicht (2) bedeckt ist, und
• g) Entfernen der anorganischen und der organischen Resistschicht (3) bzw. (2).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch modifziert, daß die anorganische Resistschicht (3) zwischen den Verfah­ rensschritten e) und f) entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch modifiziert, daß zwischen den Verfahrensschritten b) und c) die zu be­ arbeitende Oberfläche des Substrats (1) in dem Bereich, der nicht mit der gemusterten, organischen Resist­ schicht (2) bedeckt ist, durch Ätzen entfernt wird und daß im Verfahrensschritt c) die anorganische Resist­ schicht (3) ganzflächig auf die wärmebehandelte orga­ nische Resistschicht (2) und die durch Ätzen bearbei­ tete Oberfläche des Substrats (1) mit der Richtmarke aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch modifiziert, daß anstelle der Verfahrensschritte f) und g) zunächst die anorganische Resistschicht (3) entfernt und danach ein drittes gewünschtes Muster als Leiterschicht (6) auf der organischen Resistschicht (2) und der zu bearbeitenden Oberfläche des Substrats (5) in dem Bereich ausgebil­ det wird, der nicht durch die organische Resistschicht (2) abgedeckt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch modifiziert, daß an­ stelle des Verfahrensschritts f) eine Dünnschicht (8) auf der anorganischen Resistschicht (2) und der zu be­ arbeitenden Oberfläche des Substrats (7) in dem Bereich aufgebracht wird, der nicht durch die organische Resistschicht (2) abgedeckt ist, und daß im Verfahrens­ schritt g) die auf der anorganischen Resistschicht (2) aufgebrachte Dünnschicht (8) zusammen mit der anorgani­ schen und der organischen Resistschicht (3) bzw. (2) ent­ fernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch modifiziert, daß vor dem Aufbringen der Dünnschicht (8) die anorganische Resistschicht (3) entfernt und im Verfahrensschritt g) nur die organische Resistschicht (2) zusammen mit der darauf aufgebrachten Dünnschicht (8) entfernt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die organische Resistschicht (2) aus einem Resistmaterial hergestellt ist, das als Hauptbestand­ teil cyclisierten Polybutadien-Kautschuk enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Glasmaterial der anorganischen Schicht (3 a) als Hauptbestandteil neben Selen Germanium enthält.