DE68928548T2

DE68928548T2 - Multifunktionelle photolithographische zusammensetzungen

Info

Publication number: DE68928548T2
Application number: DE68928548T
Authority: DE
Inventors: Terry Brewer; James Lamb; J Mori
Original assignee: Brewer Science Inc
Current assignee: Brewer Science Inc
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1989-09-25
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2009-09-26
Also published as: WO1990003598A1; DE68928548D1; EP0436639A1; AU4349489A; EP0436639B1; EP0436639A4

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft photolithographische Zusammensetzungen, die bei der Herstellung mikroelektronischer Geräte verwendet werden, ihr Herstellungsverfahren und insbesondere Verfahren zur Aufbringung dieser Zusammensetzungen als mehrschichtige Dünnfilme auf Halbleitersubstrate.
Bei der Herstellung mikroelektronischer Geräte dient der photolithographische Druck zur Herstellung von Schaltungsbildern auf Halbleitersubstraten. Bei diesem Verfahren werden lichtempfindliche Filme, die als Photoresist bezeichnet werden, auf das Substrat geschichtet, belichtet und dann in einer alkalischen Entwicklerlösung entwickelt. Nach der Entwicklung bildet sich in dem Photoresist ein Muster aus, das einer Änderung der Löslichkeit der Photoresistbereiche entspricht, die dem auffallenden Licht ausgesetzt waren. Die Deutlichkeit oder Auflösung der Linien, die diese Muster im Bereich der Mikron- oder sogar Submikron- Geometrie in hohem Maße definieren, dient als eine Begrenzung für das photolithographische Verfahren. Die photolithographische Technologie nähert sich jedoch ihrer endgültigen Grenze, dem Punkt, über den hinaus die Auflösung infolge von Brechungseffekten, Inkompatibilität der Materialien und Kompliziertheit der Verfahren nicht verbessert werden kann.
Beispielsweise wird eins der Probleme, das bei dem Verfahren dieser Art existiert, als Reflektivität bezeichnet. Es wird verursacht durch die Tatsache, daß ein Teil des Lichts, das auf eine dünne Schicht aus Photoresistmaterial auftrifft, gewöhnlich durch die Schicht hindurchgeht und von dem Substrat während der Bestrahlung nach oben reflektiert wird. Da das auffallende Licht im allgemeinen nicht vollkommen normal zur Oberfläche der Photoresistschicht verläuft und da es beim Durchgang durch den Photoresist gebeugt werden kann, wird das auffallende Licht von der Substratoberfläche anstatt normal unter einem Winkel reflektiert. Dieses Licht trifft auf unbelichtete Teile des Photoresists und ein Teil davon kann wiederum durch den Photoresist hindurchgehen und auf die lichtundurchlässigen Teile beispielsweise einer Photomaske auftreffen, und dieses Licht wird in einige Teile des Photoresists zurückreflektiert, die nicht belichtet werden sollen. Durch das zwischen dem Substrat und dem Photoresist hin und her reflektierte Licht sowie durch Licht, das durch Oberflächenunregelmäßigkeiten gestreut wird, kann sich eine ausgeprägte schädliche Wirkung auf die Endauflösung ergeben, die bei der Photoentwicklung zu erreichen ist. Diese Probleme werden noch ausgeprägter durch die Erscheinung der stehenden Welle und/oder der reflektiven Färbung die man bei der Bilderzeugung oder Photoentwicklung des Materials feststellt.
Frühere Versuche zur Korrektur des Reflektivitätsproblems sind beispielsweise in US-Patent Nr. 4,102,683 beschrieben und zielen auf die Zwischenlage einer lichtabsorbierenden Schicht zwischen der Substratoberfläche und dem Photoresistmaterial. Diese sogenannten antireflektiven Schichten haben die Eigenschaft, das durch den Photoresist hindurchgehende Licht zu absorbieren und nicht zurück nach oben zu reflektieren. Sie können beispielsweise ein Lambda/4- Blättchen mit einer ungeraden vielfachen Dicke von einem Viertel der wellenlänge des Lichts sein, für das die Photoresistschicht empfindlich ist. Dieses Blättchen besteht aus Siliziumdioxid, das in irgendeiner Weise thermisch gewachsen oder abgeschieden wurde, etwa durch Silanzersetzung. Alternativ kann eine solche lichtabsorbierende Schicht hergestellt werden durch Mischung eines Fluoreszenzfarbstoffs, etwa eines organischen Leuchtstoffs, mit einem organischen Bindemittel, wie etwa Fluorel, das von der 3-M Company hergestellt wird, oder Viton, das von Dupont hergestellt wird und ein Gummi ist. Anderer Stand der Technik, der ähnliche Methoden beschreibt, um dieses reflektive Phänomen anzugehen, wurde diskutiert: M. Listvan et al. in ihrem Text "Mehrschichtverfahren in optischer Lithographie: Anwendungen auf die Feinlinien MOS-Herstellung", veröffentlicht in S.P.I.E., Band 470, 1984, S. 85 und R. Coyne et al. in ihrem Artikel "Resistverfahren auf hochreflektiven Oberflächen unter Verwendung von antireflektiven Beschichtungen", veröffentlicht in den Fortschrittsberichten des Kodak- Mikroelektronik-Seminar in Interface 1983. Ferner diskutieren K. Polasko et al. diese Erscheinung in ihrem Artikel "Dünne Siliziumfilme als antireflektive Beschichtungen für metallbeschichtete Substrate", veröffentlicht in S.P.I.E., Band 631, 1986, S. 181. Diese bekannten antireflektiven Schichten haben eine Reihe von Problemen gezeigt, von denen nicht das Geringste die Tatsache ist, daß bei unregelmäßiger Substratoberfläche im allgemeinen ein zusätzliches Einebnungsmaterial oder eine Einebnungsschicht notwendig sind. Andere Nachteile sind beispielsweise, daß bei der Bildmusterbildung mit bekannten organischen Bindemitteln durch eine nasse Ätzentwicklung diese Schichten isotrop entwickeln mit dem Ergebnis einer Unterätzung während der Entwicklung, was zu einer engen Verarbeitungsbreite oder sogar zur vollständigen Abhebung der Submikron-Geometrien führt. Auch haben bestimmte organische Bindemittel, wie PMMA und Polybutensulfon bei Verwendung als antireflektive Unterschicht eine geringe Stabilität als Träger für Ätzbilder auf dem Substrat.
Wie oben erwähnt, wurde bei unregelmäßiger Oberflächentopograhie des Substrats manchmal eine Planarisierungsschicht benutzt, die antireflektives Material enthalten kann oder auch nicht. Das Planarisierungsproblem beruht auf der Lichtstreuung von der Grenzfläche zwischen der Photresistschicht und der unregelmäßigen Substratoberfläche. Das Licht wird in Photoresistbereiche gestreut, wo keine Belichtung beabsichtigt war, mit dem Ergebnis einer Verbreiterung der Linienbreite. Das Ausmaß der Streuung variiert typischerweise von Bereich zu Bereich, was bei der Photoentwicklung zu einer ungleichmäßigen Linienbreite führt. Materialien, die als Planarisierungsmittel dienen, sind beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimide oder Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharze, wie Novolak. Diese Planarisierungsschichten erfordern jedoch ihrerseits die Verwendung zusätzlicher Schichtmaterialien, wie Haftungsbegünstiger, zur Unterstützung der Schichthaftung an dem Substrat sowie beispielsweise Grenzflächentrennschichten zwischen der Planarisierungsschicht und dem Photoresist ohne eine Wärmebehandlung vor der Beschichtung mit dem Photoresist. Diese Planarisierungsschichten wurden beschrieben beispielsweise in US-Patent Nr. 4,370,405 und US-Patent Nr. 4,524,121.
Die Grenzflächenmischung der Photoresistschicht und bekannter Unterschicht-Materialien, wie insbesondere PMMA, ist für die gewünschte Endauflösung schädlich. Dies beruht auf der Tatsache, daß die bekannten Unterschicht- Polymeren der Beschichtung des Photoresists nicht ohne Beeinträchtigung der Unversehrtheit des Films standhalten können. Demzufolge wurden Grenzschichten beschrieben, die beispielsweise aus Polyvinylalkoholpolymeren und Polyimid-Vorstufen bestanden. Diese Grenzflächentrennschichten wurden beschrieben von H. Ohtsuka et al. in ihrem Artikel "PCM-Resistverfahren mit RIE-Entwicklungsmethode bei Anwendung auf den Aluminiumätzprozeß", S.P.I.E, Band 631, S. 337; 1986; sowie von C. Ting et al. in ihrem Artikel -"Ein verbessertes Tief-UV-Multischicht-Resistverfahren für die Hochauflösungslithographie", S.P.I.E., Band 469, S. 24, 1984.
Ferner wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, eine Abhebe- oder Löseschicht zu verwenden, die z. B. aus dicken Filmen in dem Bereich von 1 bis 3 Mikron aus Polysulfon-Polymeren, speziell hergestellte Polyimiden oder anderen fremden Photoresistmaterialien besteht.
Diese Schicht wird in einer Mehrschichtlithographie aufgebracht. Nach der Bildmusterübertragung können diese Löseschichten in ihrem Lösungsmittel gelöst oder physikalisch expandiert werden, um das Ablösen aller darüber aufgebrachten Schichten zu bewirken.
Beispiele dieser Technologie sind zu finden in US- Patent Nr.4,692,205 und US-Patent Nr. 3,873,361. Diese Abhebeschichten sollen die Hilfe eines Haftungsbegünstigers für die Ablöseschicht und das darüberliegende Photoresistmaterial erfordern, sowie eine Sauerstoff-Ätzsperrschicht zwischen dem Photoresist und der Abhebeschicht. Selbst mit der Abhebeschicht, wie sie in US-Patent Nr. 4,692,205 beschrieben wurde, waren praktisch wenigstens fünf Stunden für das Abheben der Schichten bei diesem System nötig.
Zur Verbesserung der Linienauflösung bei dieser Technologie wurde auch die Oberflächenaufbringung einer kontrastverstärkten Schicht auf den Photoresist vorgeschlagen. Diese Kontrastverstärkerschichten wurden beschrieben von B. Griffing et al., "Anwendung der kontrastverstärkten Lithographie auf 1:1- Projektionsdruck", S.P.I.E., Band 469, S. 94, 1984; und K. Patrillo et al., "CEL-Resist-Verarbeitung für Sub- Mikronen-CMO's und Bipolare Schaltungen", S.P.I.E, Band 920, S. 82, 1988. Sie beschreiben, daß diese Verstärkungsschichten photobleichbare Farbstoffe in einem inerten Harz sind und das Licht absorbieren, das an dem Rand der Öffnungen einer zur Musterbildung des Photgresists benutzten Photomaske gebeugt wird. Die Verstärkungsschicht erhöht den Kontrast, der seinerseits den Seitenwandungswinkel und die mit einem bestimmten Belichtungssystem möglich Minimalauflösung vergrößert.
Die oben nebenher erwähnten Haftungsbegünstiger sind erforderlich, um die bestmögliche Haftung zwischen dem Substrat, der Photoresistschicht und anderen in dieser Technologie benutzten Schichten herzustellen. Bei der Photolithographie zur Herstellung von Bildern im Mikronund Submikronbereich muß die Haftung zwischen der Photoresistschicht und dem Substrat maximiert werden. Der äußerst kleine Bereich zwischen dem Photoresist und dem Substrat und die harten Prozeßbedingungen im Anschluß an die Aufbringung des Photoresists machen die Haftung zu einem kritischen Parameter des Verfahrens. Die Haftungsbegünstiger sind gewöhnlich jedoch Materialien auf Siliziumbasis, die durch Schleuder-Beschichtung oder Dampf-Anwendung aufgebracht werden, wie in den US- Patenten Nr. 3,549,368 und 3,586,554 beschrieben ist.
Der Stand der Technik hat die Aufbringung dieser haftungsverbessernden Materialien in einer molekülaren Monoschicht gelehrt, und die Materialien sind auf Substrate beschränkt, bei denen sie in kompatibler Weise die Haftung beeinflussen und variieren z. B. zwischen Siliziumoxid, Silizium selbst oder Siliziumnitrit. Eine wirksame Haftung durch eine haftungsverbessernde Schicht, die dicker als 100 Ångstrom ist, war nicht möglich.
Obgleich die oben beschriebenen speziellen Schichten zu Mehrschicht-Material- geführt haben, das eine Reihe von Problemen löst, wurde die Industrie davon abgebracht, die photolithographischen Verfahren in dem Submikron-Bereich zu vervollkommenen, weil Beschränkungen bezüglich dieser Materialien und Schwierigkeiten bei der Verarbeitung dieser Multilaminate bestanden.
Die Multilaminat-Aufbringung erfordert beispielsweise nicht nur eine mühsame und genaue Kontrolle der individuellen Filmdicken, sondern darüber hinaus erfordern viele Schichten, insbesondere jene, die zuvor als antireflektive Schichten, Planarisierungsschichten, Ablöseschichten, usw. benutzt wurden, individuelle thermische Behandlungen vor der Aufbringung der anderen Schichten, was zeitraubend ist und oft zusätzliche Geräteausrüstung erfordert.
Der Leser wird auch auf US-A-2 448 542 hingewiesen, worin ein photolithographischer Gegenstand mit einer Unterschicht auf einem Vinylpyridin-Polymer und einem lichtdämpfenden Material in einem Alkohol beschrieben ist, die auf der Gegenseite eines resistbeschichteten Substrats angeordnet ist.
Eine neue und verbesserte Zusammensetzung, die als einzige multifunktionelle Schicht zur Schaffung von Antireflektivität, Haftung, Ablösbarkeit, Kontrastverstärkung aufgebracht werden könnte und doch die Grenzflächenbeeinträchtigung der Unterschicht vermeidet, ohne daß die thermische Behandlung der Zusammensetzung nötig ist, wäre demgemäß ein willkommener und unerwarteter Fortschritt in der Technik.

Abriß der Erfindung

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten multifunktionellen, photolithographischen Schicht in einem Gegenstand, wobei die Notwendigkeit mehrfacher Unterschichten zwischen der Photoresistschicht und dem Substrat der mikroelektronischen Geräte oder Komponenten entfällt.
Es ist eine weitere Hauptaufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte antireflektive Unterschicht zu schaffen, die zwischen der Photoresistschicht und dem Substrat einer mikroelektronischen Vorrichtung angeordnet werden kann, ohne daß die ganze antireflektive Schicht einer thermischen Vorbehandlung unterzogen werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung einer neuen und verbesserten antireflektiven Schicht, die keiner Planarisierung bedarf und zwischen der Photoresistschicht und dem Substrat einer mikroelektronischen Vorrichtung wirksam angeordnet werden kann, ohne daß eine Grenzflächenbarriere nötig ist.
Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte antireflektive Schicht zwischen dem Photoresist und dem Substrat zu schaffen, die selbst ablösbar ist, ohne daß eine Ablöse- oder Abhebeschicht aufgebracht zu werden bracht.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine antireflektive Unterschicht zwischen dem Photoresist und dem Substrat zu schaffen, die den Kontrast des modellierten Bildes durch Diffusion der lichtdämpfenden Komponente der antireflektiven Schicht ohne nachteilige Grenzflächenbildung ihres Basispolymeren verstärkt und dadurch eine Kontrastverstärkungsschicht auf der Oberfläche des Photoresists unnötig macht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist schließlich die Schaffung einer neuen und verbesserten photolithographischen Unterschicht zwischen dem Photoresist und dem Substrat, die in wirksamer Weise bei Unterschicht-Dicken über 2000 nm (200 Ångstrom) die Haftung zwischen dem Photoresist und dem Substrat begünstigt, ohne daß eine thermische Behandlung der Unterschicht nötig ist.
Schließlich ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, photolithographische Bilder durch eine antireflektivische Schicht durch Trockenätzung definieren zu können, ohne daß eine Sauerstoff-Ätztrennschicht nötig ist.
Diese und andere Aufgaben, die aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der Erläuterung dienenden Beispielen deutlicher werden, werden gelöst durch einen photolithographischen Gegenstand gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9, durch einen photolithographischen Herstellungsartikel gemäß Anspruch 17 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 18.

Detaillierte Beschreibung und bevorzugte Ausführungsformen

Erfindungsgemäß bilden ein Vinylpyridinpolymer, das hier als Poly(vinylpyridin) bezeichnet ist, vorzugsweise Poly-4-vinylpyridin- oder Poly-2-vinylpyridin Homopolymere oder deren Copolymere alleine oder in Kombination mit anderen Harzmaterialien den harzartigen Binder der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
In der Vergangenheit wurde Poly(vinylpyridin) beispielsweise in US-Patent -Nr. 4,581,318 und 4,677,048 als Bindemittel für Zusammensetzungen von anderer Art beschrieben, nämlich Photoresistschichten, die für Elektronen und tiefe ultraviolette Strahlung empfindlich sind. Poly(vinylpyridine) werden bei der Verwendung in dieser Weise ebenso wie andere Bindemittel für Photoresistschichten, wie Polyimide Phenolformaldehyd- Kondensationsprodukte, Polystyrol und PMMA, auf Substrate in Dicken von etwa 5.000 bis etwa 50.000 Ångstrom aufgeschichtet. Falls Farbstoffe in diesem Photoresist überhaupt Anwendung finden (bei den oben erwähnten Patenten wurde keiner benutzt), müssen die Farbstoffe in der Entwickler-Basislösung löslich sein. Es ist besonders wichtig zu bemerken, daß die bekannten Poly(vinylpyridin)-Bindemittel in Methanol gelöst und auf das Substrat aufgebrannt wurden.
Nichtsdestotrotz haben wir gefunden, daß Poly(vinylpyridin) anders als andere Photoresist- Harzbinder synergistisch mit photounempfindlichen Farbstoffen kombiniert werden kann, die in Basislösungen unlöslich und gegenüber den Polymeren inert sind, um die multifunktionellen zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung zu schaffen. Sie können in Dicken in dem Bereich von etwa 20.000 bis 100.000 nm (2.000 bis 10.000 Ångstrom) in einer Schicht an einem unähnlichen Photoresist-Polymer oder übrigens auch einem gleichen Photoresist-Polymer ohne Grenzflächenbeeinträchtigung aufgebracht werden. Außerdem haben wir gefunden, daß durch selektive Auflösung von Poly(vinylpyridinen) und Lösungsmitteln mit einem Molekulargewicht in dem Bereich zwischen 84 und 91 und einem Flammpunkt in dem Bereich von 28º C bis 35º C das Poly(vinylpyridin) zur Bildung einer multifunktionellen photolithographischen Unterschicht-Zusammensetzung benutzt werden kann, die viele Mängel des Standes der Technik korrigiert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Harzbinder Poly-4- vinylpyridin mit Molekulargewichten von über etwa 50.000, vorzugsweise 200.000. Diese Polymeren werden bevorzugt aufgrund ihrer größeren Stabilität gegenüber Hitze und Angriff durch wässrige Basisentwickler, die zur Entwicklung des benachbarten Photoresists benutzt werden.
Die Poly(vinylpyridine) können mit Vorteil in einem Gemisch mit oder als copolymere von anderen Polymeren eingesetzt werden, wie etwa Polystyrolen, Polyam-Säuren, Polyurethanen, Methacrylaten, Polyvinylcarbazolen oder Polymeren auf Zellulosebasis. Wenn die Poly(vinylpyridine) im Gemisch mit anderen Polymeren eingesetzt werden, machen die Poly(vinylpyridine) vorzugsweise wenigstens 50 Prozent des Gemisches aus. Der polymere Binder macht etwa 10 bis etwa 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise 15 bis 25 Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung aus.
Die lichtdämpfenden organischen Materialien werden in einer wirksamen Menge zur Absorbierung, Streuung oder Modifizierung der Wellenlänge des Lichts eingesetzt, das zur Bestrahlung oder Belichtung der schließlich auf der Unterschicht-Zusammensetzung aufgebrachten Photoresistschicht dient. Diese Materialien sind organische Farbstoffe mit starker Absorbtion bei in Belichtungssystemen benutzten Wellenlängen, wie etwa 488, 436, 405, 365, 350, 310, 280 und 240 Nanometer.
Diese lichtdämpfenden Materialien müssen die Eigenschaften von starken Absorbern bei der zur Belichtung des Photoresists benutzten Wellenlänge haben&sub1; sie müssen unlöslich in wässrigen Basisentwicklern, unlöslich in Resist-Spinlösungsmitteln, nicht photosensitiv und mit Poly(vinylpyridin) inert verträglich sein. Wenn die lichtschwächenden Materialien starke Absorber der Belichtungswellenlänge, unlöslich in wässrigem Basisentwickler, unlöslich in Resist- Spinlösungsmitteln, nicht photosensitiv und mit Poly(vinylpyridin) inert kompatibel sind, haben sie mit Poly(vinylpyridin) die synergistische Funktion, die Haftung an dem Substrat und dem Photoresist zu verstärken und sich als antireflektive Beschichtung, Ablöseschicht und Kontrastverstärkungsschicht zu verhalten. Zur Prüfung, ob ein besonderer Farbstoff mit dem Polymer inert kompatibel ist, muß man die Lösung sechs Monate bei Raumtemperatur mit periodischer überprüfung der Beschichtungseigenschaften stehen lassen. Die bewerteten Eigenschaften sind Dicke des schleuderbeschichteten Films, Viskosität des Gemisches, teilchenförmige Rückstände im Film, die Gleichmässigkeit des Films und das Absorbtionsvermögen des Films. Alle diese Eigenschaften sollten bei dem Material während der periodischen Prüfung gegenüber den Werten der Ausgangsprobe gleich bleiben. Wir haben gefunden, daß die folgenden Farbstoffe alle oben genannten Kriterien erfüllen:
Calcozine Yellow FW (Farbindex #41001), Chrysiodine Yellow Base A (CAS#459-54-5 Lösungsmittel Orange 3), Savinyl Yellow 5GLS (Solbent Yellow 138), Rhodamine B (Farbindex #45170), Waxoline Yellow RP FW (Farbindex #11855), Ceres Yellow GRN (Farbindex #21230), Bixin (Farbindex #75120) Calcofluor White RWP (Farbindex Fluorescent Brightener #61), Oil Yellow E-190 (Farbindex #11021), 6'-Butoxy-2,6-Diamino-3,3'-Axodipyridin, Reakt Yellow 186 (Markenartikel erhältlich von: BASF Wyandotte Corporation, Holla d, MI) und Hematoporphyrin IX Dimethylester (Markenartikel erhältlich von: Porphyrin Products, Inc., Logan, Utah). Durch die Auswahl des absorbierenden Materials kann der Film die Eigenschaft erhalten, ein enges oder breites Band von Wellenlängen zu absorbieren, und so die Zusammensetzung auf irgendein Absorbtionsvermögen abgestimmt werden, das zur Abdeckung des ganzen Bereichs der Photoresist- Belichtungswellenlängen nötig ist.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines lichtabschwächenden organischen Materials umfaßt ein Gemisch aus 20 bis 65 Gewichts-% Calcozine Yellow FW (Farbindexzahl 41001), 5 bis 30 Gewichts-% Chrysiodine Yellow Base A (Lösungsmittel Orange 3), 3 bis 20 Gewichts-% Waxoline Yellow RP FW (Farbindexzahl 11855) und 0,5 bis 5 Gewichts-% Rhodamine B (Farbindexzahl #45170) bezogen auf das gesamte lichtabschwächende organische Gemisch. Im allgemeinen kann das lichtabschwächende Material oder Gemisch in einem Gewichtsmengeverhältnis Farbstoff zu Polymer in einem Bereich von 1,3:1 bis 1,0:15 liegen.
Wir haben überraschenderweise gefunden, daß selbst die üblicheren Lösungsmittel für Poly(vinylpyridin), wie etwa Methanol, in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung keine gute Leistung ergeben, weil sie keine genügend gleichmässige Beschichtung auf dem Substrat erlauben oder latente Rückstände bilden, die den Film noch nach der Schleuderbeschichtung verunreinigen, während besondere Lösungsmitte und Lösungsmittelgemische mit Molekulargewichten zwischen etwa 84 und etwa 91 und Flammpunkten zwischen etwa 28º C und 35º C die photolithographische Zusammensetzung in wirksamer Weise ohne Grenzflächenabbau der Zusammensetzung bilden. Bei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird es besonders bevorzugt, 1-Methyoxy-2-propanol und Cyclopentanon einzusetzen. Diese Lösungsmittel können bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung alleine oder in Kombination verwendet werden.
Gewünschtenfalls können zusätzliche Bestandteile verwendet werden, um die Erfindung zu ergänzen, ohne das multifunkionelle Verhalten zu beeninträchtigen. Beispielsweise können Stickstoffverbindungen, darunter z. B. 4-Nitrobenzaldehyd, 2,4-Dinitroanilin, Anisol und dergl. eingesetzt werden, um die Sauerstoff-Plasmaätzgeschwindigkeit zu steigern. Ferner können gewünschtenfalls Vernetzungsmittel, wie die Harze Cyracure UVR (von Union Carbide Company erhältlich) und isocyanatoethylmethacrylat (von Dow Chemical Company) eingesetzt werden.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Zusammensetzung auf sehr verschiedene mikroelektronische Substrate aufgeschichtet werden, auf denen sie in wirksamer Weise haften und überraschenderweise auch Ablösbarkeit oder Abhebung zeigen. Diese Substrate sind beispielsweise Siliziumscheiben, Glasplatten, Galliumarsenid-Scheiben, Quarzplatten, Siliziumoxidfilme, Polysiliziumfilme, Aluminiumfilme, Wolframfilme, Chromfilme, Iridium- Zinnoxid-Filme, die zur Herstellung mikroelektronischer Vorrichtungen, wie Dram- und Sram-Speicher, Mikroprozessoren, CMOS, NMOS sowie bipolaren Vorrichtungen einschließlich Datenspeichergeräten, wie etwa Laserplatten, dienen.
Die Zusammensetzungen können auf die Substrate durch Schleuderbeschichtung, Walzenbeschichtung, Sprühbeschichtung, Offsetdruck oder Siebdruck mit Filmdicken in dem Bereich von etwa 2.000 nm (200 Ångstrom) bis 11 µm oder mehr aufgebracht werden. Die Filme zeigen eine ausgezeichnete Haftung. Ferner binden sie momentan auf den Substraten, so daß sie die anschließende Beschichtung mit einem Photoresistmaterial erlauben.
Überraschenderweise kann der Photoresist in derselben Beschichtungsapparatur unverzüglich und direkt auf die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung aufgeschichtet werden. Dieser Photoresist kann aus irgendeiner Anzahl von polymeren Bindemitteln und ihren Begleitlösungsmitteln bestehen, ohne daß eine Grenzflächenbeeinträchtigung des polymeren Bindemittels der erfindungsgemäßen Zusammensetzung durch Schleuderentfernung oder diffundierter polymerer Vermischung eintritt. Diese Photoresistpolymeren können irgendein herkömmlicher Photoresist sein ohne Rücksicht darauf, ob er positiv oder negativ arbeitet, solange eine basische Entwicklerlösung eingesetzt wird. Es wird besonders bevorzugt, das Photoresistmaterial in demselben Schleuderbeschichter durch Schleuderbeschichtung auf die Unterschicht-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung aufzubringen.
Anschließend kann die Photoresistschicht unter den von dem Hersteller empfohlenen Standardbedingungen der Resisthärtung gehärtet werden.
Danach wird der Photoresist einer Strahlung ausgesetzt, die in einer bestimmten Konfiguration oder einem Muster gestaltet ist. Die Photoresistflächen, die belichtet werden,erfahren eine Veränderung ihrer Löslichkeit in wässrigen Basislösungen. Das heißt, sie werden löslich, wenn sie zu Anfang unlöslich sind, oder umgekehrt. Demgemäß ist es besonders erwünscht, daß das Absorbtionsvermögen organischer Farbstoffe und der Brechungs index des Polyvinylpyridin-Polymeren, Copolymeren, Homopolymeren oder Gemisches zu dem Brechungsindex des Photoresists paßt. Dies wiederum beeinflußt stark die Eliminierung der schädlichen Reflektivitätsprobleme, die Inhibierung stehender Wellen und die Unterdrückung der reflektiven Kerbung.
Eine nach der Belichtung erfolgende thermische Behandlung zwischen etwa 85º C und 120º C kann in einigen Anwendungsfällen erwünscht sein, um die Kontrastverstärkung zu fördern. Überraschenderweise dient dies der Diffusion der lichtdämpfenden organischen Farbstoffe aus der Zusammensetzung in die Photoresistschicht, obgleich das Polymere nicht über die Grenzfläche in den Photoresist diffundiert. Das Ausmaß der Kontrastverstärkung kann durch das Verhältnis von Farbstoff zu Polymer der vorliegenden Zusammensetzung und durch die Zeit und Temperatur des nachfolgenden thermischen Behandlungsvorgangs gesteuert werden.
Beispielsweise liefern Verhältnisse von Farbstoff zu Polymer von etwa 1,3:1 und höher ein höheres Maß an Kontr.astverschärfung ohne Thermobehandlung nach Belichtung, während niedrige Verhältnisse, wie 1,0:1, eine Thermobehandlung von 85º C bis 120º C nach Belichtung erfordern. Diese Wirkung auf die Kontrastverstärkung kann durch die Belichtungszeit verstärkt oder verringert werden. Die Diffusion des Farbstoffmaterials während dieser Kontrastverstärkungsstufe macht das partiell belichtete Photoresistmaterial vermutlich in dem wässrigen Entwickler unlöslich, obgleich dies nicht gänzlich verständlich ist, während die Löslichkeit der intensiver belichteten Bereiche nur wenig beeinträchtigt wird.
Der Photoresist wird dann in einer wässrigen alkalischen Entwicklungslösung entwickelt. Danach wird das Verbundmaterial durch eine sauerstoffreaktive Ionenätzung oder andere Trockenätzung geätzt, um das photolithographierte Muster in die erfindungsgemäße Unterschicht-Zusammensetzung zu übertragen.
An diesem Punkt kann auf die Unterschicht selbst durch Ioneneinbau oder dergl. eingewirkt werden, um das Bild in das Substrat zu übertragen. Anders als beim Stand der Technik ist keine Sauerstoffätz-Trennschicht zwischen dem Resist und der antireflektiven Schicht nötig.
Es ist besonders vorteilhaft, daß die Ablösbarkeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung innerhalb von nur 15 bis 20 Minuten bewerkstelligt wird im Gegensatz zu den äußerst langen (z. B. zwei Stunden) Abhebebedingungen des Standes der Technik. Der Ablöse oder Abhebevergleich ist derselbe, egal ob durch Lösungsmittelentfernung oder Abziehen.
Obgleich zuvor berichtet wurde, daß Poly(vinylpyridine) thermisch stabil seien, war es nicht bekannt, ob aus diesen Harzen bestehende Dünnfilme bei Farbstoffbeladung stabil und homogen bleiben würden, wenn sie als Unterschicht zwischen einer Photoresistschicht und einem mikroelektronischen Substrat beispielsweise bei den thermischen Nachbehandlungsvorgängen oder in der Belichtungsstufe behandelt werden. Wir haben jedoch erfindungsgemäß gefunden, daß dieses Stabilitätsmaß erreicht wird.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern:

Beispiele

Beispiel I: Bevorzugte Formulierung und Anwendungsprüfung

2,3 % Poly(4-vinylpyridin)
1,6 % Calcozin Yellow FW
0,5 % Chrysiodin Yellow Base A
0,5 % Waxolin Yellow RP FW
0,1 % Rhodamin B
57,0 % 1-Methoxy-2-propanol
38,0 % Cyclopentanon
Durch mehrstündiges Rühren des Gemisches wurde eine rötlich-gelbe Beschichtungsrüasse hergestellt. Das Gemisch wurde dann zur Entfernung von ungelöstem Material filtriert. Die Beschichtungsmasse kann dazu dienen, Haftungsbegünstiger, Planarisierungsschichten, antireflektive Beschichtungen, absorbierende Schichten, Grenzflächen-Mischbarrieren, Ablöseschicht, Kontra stverstärkungsschicht oder irgendeine Kombination daraus durch ein einziges Material und ein einziges Verfahren zu ersetzen. Dieses Material wurde auf ein Substrat in den folgenden Stufen aufgebracht: das beschriebene Material wurde auf das Substrat durch Schleudern mit 5.000 UpM für einen Zeitraum von 30 Sekunden aufgebracht.
Der Resist Mikroposit 1470 (erhältlich von Shipley, Newton, Massachusetts) wurde 30 Sekunden mit 5.000 UpM durch Schleuderbeschichtung aufgebracht. Der Resist wurde dann mit 150 Millijoules/cm² auf einem Kobild CA4QO Breitband-Kontaktdrucker belichtet, der belichtete Resist wurde 15 Sekunden bei 20º C mit dem Entwickler Shipley Microposit MF312, der mit entionisiertem Wasser 1:1 verdünnt war, entwickelt, und das freigelegte Material wurde in einem Parallelplattenätzer geätzt. Die Sauerstof fätzung erfolgte mit einer Leistung von 900 Watt, einem Vakuum von 400 Millitor und einer Sauerstoff- Strömungsgeschwindigkeit von 150 ml/Minute während einer Zeit von 3 Minuten. Dies erzeugte Resiststrukturen von 0,5 µm, die zur Übertragung von Musterbildern auf Aluminium, Polysilizium und Oxiden zur Herstellung mikroelektronischer Vorrichtungen dienen können.
Ein Quarzblättchen wurde mit dem beschriebenen Material gemäß obiger Beschreibung beschichtet. Das Absorbtionsvermögen wurde bei Wellenlängen von 240 bis 500 nm gemessen. Dieses Blättchen wurde dann wie oben angegeben mit Resist beschichtet und 60 Sekunden auf einer Heizplatte bei 110º C gehärtet. Das Blättchen wurde dann mit Dunkeltastung belichtet, um den Resist bei 436 nm einer vollständigen Photobleichung zu unterziehen. Das Absorbtionsvermögen wurde dann wieder gemessen, und die Differenzen zwischen dem Absorbtionsvermögen vor und nach dem Aufbringen des Resist wurde bestimmt. Dies ergab ein Maß der Grenzflächenmischung. Diese Formel ergab eine 10.000 nm (1.000 Ångstrom) dicke Beschichtung mit einem Absorbtionsvermögen wie folgt:
Bei dem Grenzflächenmischungstest im Anschluß an die Resistaufbringung und Belichtung wurde keine signifikante Änderung festgestellt.

Beispiel 2: Formulierung unter Benutzung unterschiedlicher absorbierender Materialien.

2,3 % Poly(4-vinylpyridin)
1,5 % Calcozin Yellow FW
0,5 % Chrysiodin Yellow Base A
0,3 % Reakt Yellow 186
0,3 % Savinyl Yellow 5GLS
57,0 % 1-Methoxy-2-propanol
38,0 % Cyclopentanon
Es wurde eine rötlich-gelbe Lösung hergestellt und gestaltet wie für Beispiel 1 beschrieben, jedoch mit der Ausnahme, daß Glasplättchen zur Absorbtionsmessung bei den Wellenlängen von 360 bis 500 nm benutzt wurden. Der in einer Dicke bis 12.000 nm (1.200 Ångstrom) beschichtete Film hatte die folgenden Absorbtionsvermögen. Es wurde keine Grenzflächenmischung festgestellt.

Beispiel 3: Formulierung mit einem anderen absorbierenden Material

2,3 % Poly(4-vinylpyridin)
1,5 % Calcozin Yellow FW
0,5 % 1-Butoxy-2,6-diamino-3,3-azodipyridin
0,3 % Reakt Yellow 186
0,3 % Savinyl Yellow 5GLS
0,1 % Rhodamin B
57,0 % 1-Methoxy-2-propanol
38,0 % Cyclopentanon
Es wurde eine rötlich-gelbe Lösung hergestellt und gestaltet, wie für Beispiel 2 beschrieben. Die Beschichtung ergab eine Fumdicke von 11.000 nm (1.100 Ångstrom) ohne Grenzflächenmischung und mit den folgenden Absorbtionseigenschaften

Beispiel 4: Formulierung mit einem anderen Absorbtionsmaterial und Lösungsmittelsystem

5,25 % Poly(4-vinylpyridin)
2,63 % Calcozin Yellow FW
2,63 %Chrysiodin Yellow Base A
89,49 % 1-Methoxy-2-propanol
Es wurde eine rötlich-gelbe Lösung hergestellt und gestaltet, wie für Beispiel 2 beschrieben wurde. Die Beschichtung ergab eine Fumdicke von 30.000 nm (3.000 Ångstrom) ohne Grenzflächenmischung und mit den folgenden Absorbtionseigenschaften

Beispiel 5: Formulierung mit einem gemischten Polymersystem

2,3 % Poly(2-buten-co-schwefeldioxid) (PBS)
2,3 % Poly(4-vinylpyridin)
2,3 % Flexo Yellow 105 LD
2,3 % Chrysiodin Yellow Base A
42,8 % Cyclohexanon
48,0 % 1-Methoxy-2-propanol
Durch mehrstündiges Rühren des Gemisches wurde eine gelbe Lösung hergestellt. Das Gemisch wurde dann filtriert, um ungelöstes Material zu entfernen. PBS wurde benutzt, um die Ätzgeschwindigkeit bei der Plasmaätzung zu steigern. Andere Eigenschaften sind in Beipiel 2 diskutiert. Die Ätzgeschwindigkeitsverhältnisse wurden durch Ätzung des Films in einem Sauerstoff-Plasmaätzer wie in Beispiel 1 beschrieben bestimmt mit der Abweichung, daß das Ätzintervall in drei Stufen erfolgte, wobei die nach jeder Ätzung verbleibende Dicke für jede Stufe bestimmt wurde. Eine Darstellung der geätzten Materialmenge über der Zeit lieferte die Ätzgeschwindigkeit, die dann durch die Resistätzgeschwindigkeit dividiert wurde, wodurch sich das Ätzgeschwindigkeitsverhältnis ergab. Diese Formulierung führte zu einem Ätzgeschwindigkeitsverhältnis von 1,3 gegenüber dem Material in Beispiel 4, das ein Ätzgeschwindigkeitsverhältnis von etwa 1,0 hatte. Dieser Film ergab eine Beschichtungsdicke von 33.000 nm (3.300 Ångstrom), was Grenzflächenmischprobleme mit dem Resist zeigte, und hatte Absorbtionseigenschaften wie folgt:

Beispiel 6: Formulierung mit einem Additiv zur Steigerung der Sauerstoff-Plasmaätzgeschwindigkeit

4,5 % Poly(4-vinylpyridin)
2,7 % Flexo Yellow 105 LD
1,8 % Iosol Yellow
0,7 % 2,4-Dinitroanilin
90,3 % 1-Methoxy-2-propanol
Durch mehrstündiges Rühren des Gemisches wurde eine gelbe Lösung hergestellt. Das Gemisch wurde dann zur Entfernung von ungelöstem Material filtriert. 2,4-Dinitroanilin diente zur Steigerung der Ätzgeschwindigkeit bei der Plasmaätzung. Die Ätzgeschwindigkeitsverhältnisse wurden wie in Beispiel 1 bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, daß das Ätzgeschwindigkeitsverhältnis von beschriebener Schicht zu Resist 1,2 betrug. Dieser Film ergab eine Beschichtungsdicke von 30.000 nm (3.000 Ångstrom), was keine Grenzflächenmischprobleme mit dem Resist zeigte, und hatte Absorbtionseigenschaften wie folgt:

Beispiel 7: Formulierung mit einem Additiv zur Verringerung der Resistvermischung und Löslichkeit in dem wässrigen Basisentwickler

1,8 % Poly(4-vinylpyridin)
verschiedene Gehalte an Cyracure UVR61000
0,2 % Chrysiodin Yellow Base A
2,1 % Calcozin Yellow FW
95,4 %s 1-Methoxy-2-propanol
Durch mehrstündiges Rühren des Gemisches wurde für jeden Gehalt an Cyracure UVR61000 eine gelbe Lösung hergestellt. Die Gemische wurden dann zur Entfernung von ungelöstem Material filtriert. Cyracure UVR 61000 diente zur Erhöhung des Beschichtungswiderstandes gegenüber wässrigen Basisentwicklern und zur Verringerung der Grenzflächenvermischung der Beschichtung mit dem Photoresist. Die Gehalte an Cyracure UVR61000 waren 0 %, 10 % und 15 % der Polymerfeststoffe. Die Entwicklungsmenge betrug 190 A, 100 A bzw. 50 A, wobei für keine der Proben eine Grenzflächenvermischung festgestellt wurde. Das Verfahren wurde in der Entwicklungsstufe wie in Beispiel 1 an Siliziumplättchen durchgeführt.

Beispiel 8: Herstellung von Polysiliziumstrukturen

Auf 5 Zoll-Substraten mit Polysiliziumstufen wurde das Material von Beispiel vier 30 Sekunden lang bei 5.000 UpM durch Schleuderbeschichtung aufgebracht&sub1; der Resist Shipley 1400-27 wurde 25 Sekunden bei 5.000 UpM durch Schleuderbeschichtung aufgebracht und 55 Sekunden bei 110º C gehärtet. Die Plättchen wurden dann 800 Millisekunden auf einem Canon G-line Stepper belichtet, der Resist wurde 45 Sekunden bei 22º C mit dem Entwickler Shipley 320 sprühentwickelt, das enthüllte Material wurde dann 10 Sekunden in einem Sauerstoff/Argon-Plasma einer reaktiven Ionenätzung unterworfen, dann wurde die reaktive Ionenätzung des Polysiliziums durchgeführt, um das Bild auf Polysilizium zu übertragen, und der restliche Resist und das enthüllte Material wurden durch Sauerstoff-Plasmaätzung entfernt. Die Endresultate zeigten eine gute Linienbreitenkontrolle über abgestufter Topographie bei 0,8 µm Polysiliziumstrukturen.

Beispiel 9: Kontrastverstärkungswirkungen des enthüllten Materials

Es wurde das Material von Beispiel 4 benutzt und wie in Beispiel 8 diskutiert verarbeitet mit der Ausnahme, daß 4 Zoll Aluminiumsubstrate benutzt wurden und die Belichtungsdosis auf 1.000 Millisekunden erhöht wurde. Das Verfahren wurde auch durchgeführt mit der im Handel erhältlichen organischen antireflektiven Beschichtung von Brewer Science's, wobei die Belichtungsdosis für jeden Prozeß optimiert war. Das antireflektive Beschichtungsverfahren erforderte eine Belichtungsdosis von 300 Millisekunden. Im Anschluß an die Entwicklung wurden an beiden Systemen die Submikron-Strukturen überprüft. Unter den Strukturen war von Interesse eine Gruppe von quadratischen Pfosten unterschiedlicher Größe mit gleichgroßen Zwischenräumen von 1,2 µm bis 0,4 µm. Diese Strukturen waren bis 0,4 µm intakt, zeigten aber zwischen den Strukturen bei 0,45 µm für das enthüllte Material eine Schaumbildung des Resists. Die bemerkenswerte Beobachtung an diesen Strukturen war, daß sie quadratisch blieben mit vertikalen Seitenwandwinkeln bis zu 0,45 µm herab, erheblich unter das minimale Auflösungsvermögen der benutzten Belichtungseinrichtung. Obgleich die nassentwickelbare antireflektive Beschichtung diese intakten Strukturen bis 0,7 µm zeigte, waren die Strukturen infolge des Auflösungsvermögens des Belichtungssystems abgerundet. Die Linienabstandspaare waren bis zu 0,55 µm herab intakt, obgleich die quadratischen Pfosten an jenen Punkt für nassentwickelbare absorbierende Beschichtungen vollständig fehlten. Beide Beschichtungen unter dem Resist beseitigten die reflektiven Probleme. Jedoch hatte nur das enthüllte Material einen signifikanten Einfluß auf den Resistkontrast, wobei sich die Auflösung unter den Wert erstreckte, für den das Werkzeug ausgelegt war.

Beispiel 10: Vergleichsbeispiel der Haftungsfunktionalität

Das Material des Beispiels 4 wurde gemäß Beschreibung in Beispiel 1 auf 3 Zoll Aluminium, Siliziumnitrid, Silizium und Siliziumoxid aufgebracht. Die Proben jedes Substrats wurden ebenfalls mit HMDS-Haftungspromoter hergestellt. Der Haftungspromoter erhielt 30 Sekunden lang eine thermische Heizplattenbehandlung bei 130º C. Der Resist wurde auf alle Substrate aufgebracht und belichtet, wie in Versuch 1 beschrieben wurde. Die konturierten Filme wurden dann in dem Entwickler MF312 in der Verdünnung 1:1 mit entionisiertem Wasser entwickelt. Die Entwicklung wurde bei 21º C und einer Entwicklungszeit von 20, 40, 80 und 160 Sekunden durchgeführt. Die Standardentwicklungszeiten für dieses System sind 15 bis 20 Sekunden. Die Überentwicklung wurde benutzt, um die Haftung der konturierten Geometrien auf dem Substrat zu verdeutlichen. Es wurden drei Strukturen bewertet und zur Bestimmung der Haftung einer Rangfolge zugeordnet. Diese Strukturen sind Kreuzzeichen (D), eine Serie von Pfosten abnehmender Größe (B) und eine Serie isolierter Linien abnehmender Größe, die als ein Kamm bezeichnet werden (C). Um diese Daten zu normieren wird die folgende Gleichung benutzt:
BEWERTUNG = B+3C-4D.
Jede Struktur wird nach den kleinsten Strukturen bewertet, die intakt bleiben, nachdem sie dem Entwickler ausgesetzt waren. Die höhere Bewertung bedeutet die bessere Haftung. Die Ergebnisse sind wie folgt:

Beispiel 11: Vergleichsbewertung anderer Polymersysteme

Es wurden viele Polymersysteme bewertet einschließlich jener, die in der US-Patentanmeldung Nr. 431,798 von Brewer Science erwähnt sind, wie PMMA und PBS. Bei diesem Test wurden Polymere und Farbstoffsysteme hergestellt, bei denen die Farbstoffe aus jenen bestanden, die in dem Material des Versuchs 4 gefunden wurden. Wo es möglich war, wurden auch die in Versuch 4 eingesetzten Lösungsmittel benutzt. Alle Materialien wurden nach einer Schleuderbeschichtung mit 5.000 UpM während 30 Sekunden ohne einen thermischen Behandlungsprozeß nach ihrer Kosteneigenschaft bewertet. Die Filme mit guten Schichten wurden weiter der Bestimmung unterzogen, ob sie mit dem Resist eine Grenzflächenmischung eingegangen waren. Dieser Test wurde wie in Beispiel 2 beschrieben durchgeführt.
Die Polyvinylpyridine sind die einzigen Kandidaten, die einen signifikanten Widerstand gegen den Angriff des Photoresistlösungsmittels zeigen, obgleich die meisten der untersuchten Systeme als in Photoresistlösungsmitteln, wie Cellosolve-Acetat, unlöslich beschrieben sind. Beispiel 12: Vergleichsbewertung der Ablöseeigenschaften Es war die Funktionsfähigkeit des beschriebenen Materials als Ablöseschicht im Vergleich zu den bekannten Materialien, wie den Polyimiden und dem positiven 2- Komponenten-Photoresist zu prüfen, wie etwa dem Resist Shipley Microposit 1470 der in den US Patenten Nr. 4,692,205 und 3,873,361 beschrieben ist. Bei dieser Prüfung auf Resist und Polyimid-Unterschichten wurden die 3-Zoll-Siliziumsubstrate zuerst mit einem Haftungspromoter beschichtet und 30 Sekunden auf einer Heizplatte bei 110º C thermisch behandelt. Zwei Substrate wurden dann durch Schleuderbeschichtung mit 5.000 UpM 60 Sekunden mit Polyimid beschichtet und anschließend 30 Minuten in einem Konvektionsofen einer Thermobehandlung der Beta-Stufe von 135º C unterzogen. Zwei nicht mit Haftungspromoter beschichtete Substrate wurden mit dem in Versuch 1 beschriebenen Material beschichtet. Die mit Polyimid beschichteten Plättchen und die mit dem beschriebenen Material beschichteten Plättchen wurden wie in Versuch 1 beschrieben mit Resist beschichtet. Zwei Siliziumsubstrate mit Haftungspromoter wurden ebenfalls mit Resist beschichtet. Die Resist- und die Resist- Polyimid-Substrate wurden mit Entwickler auf Wasserbasis bildmäßig konturiert. Die Substrate mit dem beschriebenen Material wurden durch Sauerstoff-Plasmaätzung bildmäßig konturiert. Einer von jedem verarbeiteten Filmtyp wurde 30 Minuten lang 200º C ausgesetzt, während das übrige Substrat von jedem Satz 30 Minuten einer Temperatur von 250º C ausgesetzt wurde. Alle Substrate wurden dann bei 60º C in dem Photoresist-Abstreifer 99-AL eingeweicht. Der Abstreifer ist von Mallinckrodt (St. Louis. MO) erhältlich. Nach 17 Minuten waren beide Plättchen mit dem beschriebenen Material als Basisschicht vollkommen sauber. Die beiden anderen Substrattypen zeigten im Verlauf von bis zu einer Stunde keine Anzeichen einer Resistentfernung; zu diesem Zeitpunkt wurde die Prüfung abgebrochen. Die Erfindung soll nicht durch die hier beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt werden, sondern nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche.

Claims

1. Photolithographischer Artikel mit einer multifunktionellen, trockenätzbaren, photolithographischen Unterschicht-Zusammensetzung, die ohne Temperung eine grenzflächenfreie Beschichtung auf einem Substrat bilden kann und die direkt auf das genannte Substrat aufgebracht wird, wobei eine Photoresistschicht direkt auf die Unterschicht aufgebracht wird und die Unterschicht-Zusammensetzung

a) Vinylpyridin-Polymer,

b) ein basenunlösliches, photounempfindliches, lichtdämpfendes Material in einer Menge relativ zu dem Vinylpyridin-Polymeren von 1,3:1,0 bis 1,0:15, das eine inerte Kompatibilität mit dem Vinylpyridin-Polymeren aufweist, und

c) ein polares, organisches Lösungsmittel mit einem Molekulargewicht von 84 bis 91 umfaßt, das durch einen Flammpunkt von 28ºC bis 35ºC gekennzeichnet ist, wobei die Zusammensetzung ohne Temperung zur Entfernung des Lösungsmittels augenblicklich und gleichmäßig auf einem Substrat abbinden kann, wodurch die augenblickliche Aufbringung einer Photoresistschicht ohne Grenzflächen-Polymerabbau ermöglicht wird und die Planarisierung der Substrat-Topographie entfällt, während gleichzeitig die Haftung, das Antireflexionsvermögen bei Belichtung, eine erhöhte Kontrastverstärkung und das Substrat-Freigabevermögen von vernetzten Photoresistschichten begünstigt werden.

2. Artikel nach Anspruch 1, bei dem das Absorptionsvermögen des lichtdämpfenden Materials, das mit dem Brechungsindei des Vinylpyridin-Polymeren korreliert, mit dem Brechungsindex einer Photoresist-Zusammensetzung übereinstimmt.

3. Artikel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verhältnis 1,3:1 bis 1,0:1,0 beträgt.

4. Artikel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das lichtdämpfende, organische Material ein Gemisch von 20 bis etwa 65% Farbindex 41001, 5 bis etwa 30% Lösunsmittel-Orange 3, 3 bis etwa 20% Farbindex 11855 und 0,5 bis etwa 5% Farbindex 45170 umfaßt.

5. Artikel nach Anspruch 1, bei dem das Lösungsmittel 1-Methoxy-2-propanol und/oder Cyclopentanon ist.

6. Artikel nach Anspruch 1, bei dem das Vinylpyridin-Polymere unter Poly(4-vinylpyridin), Poly(2-vinylpyridin), ihren Homopolymeren, ihren Copolymeren und Gemischen aus Vinylpyridin-Polymerem und anderen polymeren Harzen ausgewählt ist, die wenigstens 50% Vinylpyridin-Polymer enthalten, jedoch vorzugsweise unter Poly(4-vinylpyridin).

7. Artikel nach Anspruch 6, bei dem das Poly(4-vinylpyridin) ein Molekulargewicht von 50.000 bis etwä 200.000 hat.

8. Artikel nach Anspruch 2, bei dem das Absorptionsvermögen in dem Bereich von 488 bis etwa 240 Nanometer liegt.

9. Verfahren zur Herstellung einer multifunktionellen, photolithographischen Zusammensetzung und anschließender Anordnung dieser Zusammensetzung als Unterschicht zwischen einem mikroelektronischen Substrat und einer Photoresistschicht, bei dem man

Vinylpyridin-Polymer und ein inert kompatibles, basenunlösliches, photounempfindiiches, lichildämpfendes Material mit einem Absorptionsvermögen, das bei Korrelation zu dem Brechungsindex des Vinylpyridin-Polymeren mit dem Brechungsindex des Photoresists übereinstimmt, zusammen in einem polaren organischen Lösungsmittel mit einem Molekulargewicht von 84 bis 91 und einem Flammpunkt von 28ºC bis 35ºC selektiv auflöst.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Vinylpyridin-Polymere eins oder mehrere der folgenden Polymeren umfaßt:

Poly(4-vinylpyridin), Poly(2-vinylpyridin), ihre Homopolymeren, ihre Copolymeren und Gemische aus Vinylpyridin-Polymer mit anderen polymeren Harzen, die wenigstens 50% Vinylpyridin-Polymer enthalten.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Vinylpyridin-Polymere ein Molekulargewicht von 50.000 bis 200.000 hat.

12. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Vinylpyridin-Polymere Poly(4-vinylpyridin) ist.

13. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Gewichtsverhältnis des aufgelösten lichtdämpfenden Materials und des Vinylpyridin- Polymeren in dem Bereich von 1,3:1 bis 1:15 liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Gewichtsverhältnis in dem Bereich von 1,3:1 bis 1:1 liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Absorptionsvermögen des lichtdämpfenden Materials in dem Bereich von 488 bis 240 Nanometer liegt.

16. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das Lösungsmittel 1-Methoxy-2-propanol und/oder Cyclopentanon ist.

17. Photolithographierbarer Herstellungsartikel, bestehend aus

a) einer Oberschicht aus Photoresistmaterial,

b) einer multifunktionellen Unterschicht, die im wesentlichen aus Vinylpyridin-Polymerem, einem basenunlöslichen, photounempfindlichen, lichtdämpfenden Material besteht, das mit dem genannten Vinylpyridin-Polymeren inert kompatibel ist, und

c) einem mikroelektronischen Substrat.

18. Verfahren zum Trockenätzen eines photolithographischen Bilden auf ein mikroelektronisches Substrat, ohne daß eine Sauerstoff-Ätzsperrschicht nötig ist, bei dem man

a) eine multifunktionelle Zusammensetzung herstellt durch selektive Auflösung von Vinylpyridin-Polymerem und eines inert kompatiblen, basenunlöslichen, photounempfindlichen, lichtdämpfenden Materials in einer Menge relativ zu dem Vinylpyridin-Polymeren von 1,3:1 bis 1,0:15, wobei das Material ein Absorptionsvermögen in Korrelation zu dem Brechungsindex des Vinylpyridin-Polymeren hat, das mit dem Brechungsindex einer Photoresist-Zusammensetzung übereinstimmt, und die selektive Auflösung in einem polaren organischen Lösungsmittel mit einem Molekulargewicht von 84 bis 91 und einem Flammpunkt von 28ºC bis 35ºC erfolgt,

b) die Zusammensetzung auf ein mikroelektronisches Substrat durch Schleuderbeschichten aufbringt,

c) unmittelbar danach durch Schleuderbeschichten den im Brechungsindex passenden Phooresist auf die multifunktionelle Zusammensetzung der Stufe (a) aufbringt,

d) den Photoresist belichtet und in einer basischen Entwicklerlösung ein Bild entwickelt, und

e) das Bild durch die multifunktionelle Zusammensetzung auf das mikroelektronische Substrat trockenätzt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die multifunktionelle Zusammensetzung durch Schleuderbeschichtung in einer Filmdicke von etwa 20.000 bis 100.000 nm (2.000 bis etwa 10.000 Ångström) auf das mikroelektronische Substrat aufgebracht wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Artikel nach der Belichtung bei 85 bis 120ºC temperiert wird, wobei das lichtdämpfende Material in die Phooresistschicht eindiffundiert.

21. Verfahren nach Anspruch 18 mit nachfolgendem 15 bis 20-minütigem Abtragen der multifunktionellen Zusammensetzung und des Photoresists durch Lösungsmittelentfernung oder Abstreifung.