Состав для проявления позитивных фоторезистов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЭаЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1153806 г

Ъ г. ° 4: С: ig li p . 1

L.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О,?-2,0

О, 01-0,05

Остальное вещество

Вода

© (X

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 3673086/24-21, (22) 16.12.83 (46) 23.10.90. Бюл. У 39

: (72) В.Н.Суржин

:(53) 621.382.002 (088.8)

;(56) Авторское свидетельство СССР

У 691799, кл. G 03 С 5/30, 1974.

Парамонов А.И., -Прохоцкий Ю.М. . Малин Б.В. Исследование процесса

IïðîÿâëåHèÿ фоторезистов. Научная и

;прикладная фотография и-кинематография, 1975, т. 20, 9 5, с. 353-361. (54)(57) 1. СОСТАВ ДЛЯ ПРОЯВЛЕНИЯ ПОЗИ, ТИВНЬИ ФОТОРЕЗИСТОВ, содержащий не органическую щелочь, соль щелочного

\ металла и воду, о т л и ч а ю щ и й— с я тем,.что, с целью увеличения скорости проявления и улучшения чис-. .тоты проявленного изображения,он доИзобретение относится к полупроводниковой технологии и может быть использовано на операциях фотолито-. графии в микроэлектронике, радиотехнике, полиграфии и других отраслях промышленности.

Для позитивных фоторезистов известен органический проявитель, включающий моноэтаноламин, триэтаноламин, гликоль и всюду в следующем соотношении ингредиентов, об.Ж:

Моноэтаноламин 15-18

Триэтаноламин 5-7

Гликоль 32-40

Вода Остальное

Однако органический проявитель имеет малую скорость проявления 0,02(y1)5 Н 05 К 3/06 С 03 С 5/30

2 цолнительно содержит органический растворитель и поверхностно-активное вещество при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Неорганическая щелочь 0,08-0,6

Соль щелочного металла

Органический растворитель 1, 0-10

Пов ерхностноактнвное

2. Состав по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве органического растворителя использован этиловый или изопропиловый спирт.

0,028 мкм/с и недостаточную чистоту проявленного поля (75-80X).

В проявителе нельзя увеличить скорость проявления, так как при увеличении концентрации проявляющих реа- . гентов моноэтаноламина и триэтанола- мина увеличивается скорость разрушения необлученных участков фоторезисI та и уменьшается разрещающая способность фотолитографии.

Кроме того, органический прояви .тель содержит большое количество токсичных органических веществ (более

52X) ° экологически вреден, имеет большую вязкость, плохо смывается с пластин и не может применяться на

1153806 с ов ре ме нных ав томат из и ров анных линиях фотолитографии.

Эти недостатки затрудняют использование органического проявителя в технологии изготовления БИС с размерами элементов менее 3 мкм, и он фактически не используется в промышленном производстве, Наиболее близким к изобретению является состав для проявления позитивных фоторезистов, содержащий неорганическую щелочь, соль щелочного металла и воду.

По описанной методике расчета в щелочной проявитель вводят соль щелочного металла с целью увеличения скорости проявления за счет увеличения ионной силы раствора.

Проявитель с такими ингредиентами имеет недостаточную скорость проявления 0,04-0,05 мкм/с и при проявлении оставляет на поверхности проявленных структур. частички фоторезиста (загрязнение 20-ЗОЕ проявленных структур), имеет повышенную концентрацию щелочи 0,6-0,97..

При увеличении скорости проявле ния за счет увеличения концентрации

I ,щелочи или соли щелочного металла увеличивается скорость разрушения необлученных участков фоторезиста.

Это приводит к уменьшению коэффициента контрастности проявления, избирательности проявителя, уменьшению разрешающей способности фотолитографии, увеличению пористости маскирующей пленки фоторезиста, а также к ухудшению чистоты проявленного поля за счет увеличения количества частиц фоторезиста в объеме проявителя. Изза приведенных выше недостатков проявитель не находит широкого применения в отечественной технологии фотолитографии.

Цель изобретения — увеличение скорости проявления и улучшение чистоты проявленного изображения.

Цель достигается тем, что состав для проявления позитивных фоторезистов, содержащий неорганическую щелочь,50 соль, щелочного металла и воду, дополнительно содержит органический растворитель и поверхностно-активное вещество при следующем содержании компонентов, мас, :, 55

Неорганическая щелочь 0,08-0,6

Соль щелочного металла 0,2-2,0

Органический растворитель 1,0-10

ПАВ 0,01-0,05

Вода Остальное, а в качестве органического растворителя использован этиловый или изопропиловый. спирт.

Данный состав имеет по сравнению с известным меньшую концентрацию щелочи, что приводит к увеличению скорости проявления за счет введенного растворителя, при введении которого меняется механизм проявления.

Введение в .проявитель растворителя пленкообразующего компонента оптимальной концентрации приводит к увеличению скорости проявления без увеличения концентрации щелочи. С добавлением органического растворителя в проявителе можно уменьшить концентрацию щелочи, что значительно уменьшает скорость разрушения необлученных участков фоторезиста без уменьшения скорости проявления.

Таким образом, повышается изби- . рательность данного состава - его коэффициент контрастности. При этом повышаются устойчивость размера проявляемого изображения, разрешающая способность фотолитографии, уменьшаются пористость пленки фоторезиста, коррозия алюминиевой разводки интегральных схем.

Точность воспроизведения темного элемента фотокопии в данном составе высококонтрастного проявителя

0-(+0,3) мкм практически устраняет влияние дифракционных:.явлений на разрешающую способность фотолитогра-

Фии.

При проявлении пленки фоторезиста в ограниченном объеме проявителя появляется множество взвешенных частичек фотореэиста, которые за счет

1 электростатических сил и механического налипания закрепляются на проявленном поле и не удаляются при последующей промывке в воде. Наличие в составе проявителя поверхностно-активного вещества (ПАВ) с органическим растворителем уменьшает силы сцепления частиц с поверхностью подложки, которые затем полностью удаляются с проявленного поля при промывке в воде. Наличие растворителя усиливает действие ПАВ в растворе (сенергетический эффект).

1153806 проявления, 3 Прото тип

Пример, N

Тип фоторезиста

Вещество, мас.X

ФП-383 ФП-. 383 AZ-1350 AZ-1350

0,3

0,8

0,15

0,4

КОН

КС.1

NaOH

Na>P0@

Изопропиловый спирт

СВ-104 и О

0,7

0,8

0,1

2,0

1,0 10

0,05 0,01

96,85 88,89

2,0

0,02

97,43

98,5 кой прочности пленки фоторезиста, уменьшения его налипания на фотошаблон при контактной фотолитографии, позволяет исключить операцию дубления фотореэиста при травлении большинства материалов как плазмохимическим, так и химическим методом. Слабая растворимость необлученного фоторезиста в данном составе практически устраняет пористость пленки, приобретаемую во время операции проявления, Введение растворителя позволяет значительно снизить (в 2-3 раза) содержание щелочи в проявителе, что в несколько десятков раз снижает скорость коррозии алюминиевой разводки интегральных схем в проявителе, повышает надежность изделий. В случае необходимости прояви- 20 телю можно придать ингибирующие свойства к материалу подложки путем добавления соответствующего ПАВ, например, для алюминия — эстанола, В зависимости от соотношения компойентов в проявителе коэффициент контрастности проявления может быть доведен до 500 ед. и более. Рекомендуется в производстве интегральных схем применять для приготовления проявителя 30 химические реактивы: КОН, КС1, К СО> как наиболее дешевые и хорошо смываемые с поверхности подложки после проявления, в качестве растворителя— нетоксичные .органические растворители, например этиловый или изопропиловый спирт.

Наличие в составе проявителя ПАВ и растворителя обеспечивает устранение прилипания к поверхности проявленных структур механических частиц, взвешенных в проявителе, а также частиц фоторезиста, образующихся при проявлении, способствует полному удалению их с поверхности подложки при промывке в воде. Это обеспечивает улучшение чистоты изображения проявленных структур в 1,5-2 раза.

Таким образом, испытания предло- женного состава проявителя обеспечив ают: высокую скорость проявления при малых концентрациях щелочи; уменьшение количества дефектов на проявленном изсбражении в 4-5 раз; полную работоспособность и пригодность его к внедрению в широких масштабах; высокую эффективность при внедрении его в производство БИС; повышение разрешающей способности фотолитографии; уменьшение пористости маскирующей пленки фоторезиста.

Кроме того, состав для проявления обладает низкой стоимостью; нетоксичностью; хорошо смывается водой; повышает удобства в работе, а также обеспечивает автоматизацию процесса

115

4 Q

5

Для каждого типа фоторезиста c óществует оптимальная концентрация растворителя в щелочном проявителе и устанавливается при достижении

«коэффициента контрастности проявления не менее )00 ед.

При превышении необходимого уровня;:добавки растворителя увеличивается скорость разрушения H"-облучениых участков фоторезиста» чта приводит

z снижению контрастности проявления и усто счиности размера гроянленного изображения к перепроянлению, При снижении концентрации растворителя в проявителе нике. 1% уменьшается скарость проявления, что не позволяет снизить концентрацию щелочи до необходимого уровня обеспечивающего высо«:ую rîíòðàñòíîñòü проявления.

Границы концентрации IIAB в проявителе обусловлены: 0,01% снизу ухудшением чистоты проявленного ««забражения; 0,057. сверху - пенообразаванием IAB н водном раствора, В качестве растворителя н проявителе желательно использовать вещества, обладающие меньшей токсичностью, например этиловый или изапрапилавый спирт.

В качестве ПАВ мажет быть использовано любое ПАВ, совместимо"= са щелочью: СВ-104, СП-7, ДС-IО, эстанол и др

В проявителе неорганическая щелочь КОН или МаОН должна использо-ваться с соответствующей ей солью слабой или сильной кислоты.

В таблице приведены три примера заявляемого состава для проявления и прототипа для различных типов фоторезистов и материалов.

Скорость проявления определяют на пленке фоторезиста -.îëùèíîé 0,91,0 мкм, нанесенной на кремниевую пластину с термическим окислом толщиной 0,5 мкм. Сушку пленки фоторезиста проводят в среде азота в течение б мин н установках ИК-термообработки линии "Лада-125" при температуре 120 .5 С для фоторезиста

ФП-383, при 100+5 С для А Z-1350.

Экспонирование пленки фоторезиста проводят через фотошаблон с размером модуля ИС 3,0х3,4 мм, После проявлеиич и промывки в воде методом погружения с последующей сушкой пластин на центрифуге проведен под микроскоffoM " 11 »-3 при "в « а; и1 "ОО fG«fq-раль ч ис YGTbf П1«аянле ifiio ГО и з нар еже иия структур. Чистоту проявленного иза-,.ражения определяя«т к li< процентное отношение числа модулей, имеющих за-грязнения частичками фатарезиста, к оащему количеству проверенных модулей на пластине.

Состан готовят н стеклянной или полиэтиленовой емкости путем последовательного растворения н воде соответствующего количества щелочи, ссли щелочного металла, растнарителя и

IIAB с последующим перемешинанием и фильтрацией раствора при комнатной температуре, Коэффициент ка««трастнос«и проявления для указанных состанон для проявления сосганляет 100-200 ед.

Эта обеспечивает формирование границы проявленного изображения па уровню облученности 80-85%. (Известные составы проявителей формируют границу элемента па уровню облученности 30"40%}, В результате того что ур-.вень

1007. аблученности не совпадает с границей темного элемента и выходит на светлое поле, размер темного элемента н. высококонтрастном проявителе превышает размер элемент на фотошаблоне. Зто позволяет значительно повысить практическую разрешающую способность фотолитографии (да 0,71»0 мкм), обеспечить технологичеакий запас на операции проявления и травления, Данный состав для проявления обеспечивает в 2-,3 раза меньшую зависимость отклонения линейного размера проявляемого изображения от времени экспонирования и проявления, что устраняет необходимость точного выбора времени экспонирования и проявления, делает незначимым в процессе фотолитографии фактор оператора, обеспечивает возможность полной автоматизации фотолитографии, Состав обеспечивает благодзря наличию органического растворителя воэможность сушки фоторезиста при более высоких температурах (на 10»20 С ,б больше, чем для существующих), имеет меньшую зависимость скорости проявления от величины температу.ры сушки. Высокая температура,.сушки необходима для повышения механичес