Способ формирования структур в микролитографии

 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может использован при формировании структур методом обратной литографии. Сущность изобретения: на подложку наносят позитивный электронорезист проводят экспонирование рисунка, проявление, наносят дополнительный слой материала и удаляют резист, а после проявления облучают сформированные в резисте элементы пучком электронов с энергией 1-5 КэВ дозой, равной 2-10 чувствительностям резиста, после чего удаление резиста проводят на глубину облученного слоя проявлением.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при формировании структур методом обратной литографии.

Известен способ формирования структур в микролитографии, включающий нанесение на подложку позитивного резиста, облучение его поверхностного слоя пучком электронов с энергией 1-5 КэВ, экспонирование и проявление. Полученные структуры имели характерный нависающий профиль с толщиной нависающего слоя 0,1-0,5 мкм (СССР авт.свид. 1454116, н.п.).

Однако, такие структуры имеют размеры элементов около 1 мкм, определяемые возможностями фотолитографии и для формирования следующего топологического слоя микроэлектронного прибора необходимо повторное проведение всех этих операций с прецизионным совмещением рисунков слоев друг относительно друга в процессе экспонирования.

Известен способ, принятый за прототип, включающий нанесение на подложку позитивного электронорезиста, экспонирование рисунка, проявление, нанесение дополнительного слоя материала и полное удаление резиста в растворителе (У. Моро, Микролитография. Принципы, методы, материалы. Москва, Мир. 1990 г. 747-748 стр.).

Недостатком этого способа является то, что размеры элементов структур которые им формируются, определяются возможностями применяемого литографического метода электронно-лучевой или рентгеновской литографии и при их уменьшении до 0,1-0,5 мкм производительность методов значительно снижается и, соответственно, возрастает себестоимость изготавливаемых структур. Более того, при размерах элементов структур либо зазоров между ними 0,1-0,5 мкм необходимо проводить специальную коррекцию эффектов близости в электронно-лучевой литографии и дифракционных искажений в рентгеновской. Формирование следующего топологического слоя микроэлектронного прибоpа также требует повторного проведения всех этих операций с прецизионным совмещением слоев в процессе экспонирования.

Предлагаемое изобретение решает задачу снижения себестоимости процесса и увеличения его производительности за счет формирования самосовмещенных структур с размерами элементов или зазоров между ними 0,1-0,5 мкм.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе, включающем нанесение на подложку позитивного электронорезиста, экспонирование рисунка, проявление, нанесение дополнительного слоя материала и удаление резиста, новым является то, что после проявления облучают сформированные в резисте элементы пучком электронов с энергией 1-5 КэВ дозой, равной 2-10 чувствительностям резиста, а удаление резиста проводят на глубину облученного слоя проявлением.

Предлагаемая совокупность признаков позволяет изготовить самосовмещенные структуры с размерами элементов или зазоров между ними 0,1-0,5 мкм за счет экспонирования боковых поверхностей сформированных в позитивном электронорезисторе структур электронами, отраженными от подложки при ее облучении пучком, падающем перпендикулярно к ее поверхности. При это толщина слоя резиста, проэкспонированного на боковых поверхностях структур, определяется энергией электронов и составляет 0,1-0,5 мкм при облучении электронами с энергией 1-5 КэВ соответственно. Экспозиция его меньше экспозиции слоя на верхней поверхности структур на величину, определяемую коэффициентом отражения электронов от подложки (0,1-0,5 для различных материалов), угловым распределением отраженных электронов и величиной зазоров между элементами структур. Это требует увеличения экспозиции в 2-10 раз по сравнению с чувствительностью резиста. При меньших экспозициях резист будет растворяться в проявителе слишком медленно и на меньшую, чем пробег электронов, глубину без резко выраженного "стоп" эффекта. При больших резист на верхней поверхности структур может быть переэкспонирован до такой степени, что из-за поперечных сшивок между молекулами перестанет растворяться в проявителе и проведение обратной литографии станет невозможным.

Удаление резиста обработкой облученных электронами структур в проявителе позволяет удалять его только на глубину облученного слоя. При этом, за счет растворения резиста верхнего слоя структур, происходит удаление нанесенного на них дополнительного слоя материала, а, при растворении слоя резиста на боковых поверхностях структур, образуются свободные от резиста участки шириной 0,1-0,5 мкм между оставшимися на подложке структурами из резиста и дополнительным слоем.

Эти участки могут быть использованы для травления подложки, имплантации в нее примесей, а также для нанесения на эти участки материала следующего топологического слоя. При этом полученный топологический рисунок является контуром сформированных в резисте структур, т.е. совмещен с ними.

Оставшиеся на подложке структуры из резиста могут быть повторно использованы для поведения процесса обратной литографии т.к. резист, из которого они состоят, не подвергался воздействию низкоэнергетичных электронов вследствие малости их глубины проникновения. Это позволяет использовать один слой резиста со сформированными в нем структурами для проведения нескольких операций обратной литографии, обеспечивающих формирование нескольких самосовмещенных топологических слоев с размерами элементов 0,1-0,5 мкм.

Облучение поверхностного слоя резиста пучком электронов с энергией 1-5 КэВ известно для аналога. Однако использовался этот прием для модификации верхнего плоского слоя резиста.

В предлагаемой нами совокупности признаков этот прием позволяет осуществить экспонирование тонкого слоя резиста на боковых поверхностях структур, которые не подвергаются прямому воздействию первичного электронного пучка, а облучаются только электронами, отраженными на свободных от резиста участков подложки, образовавшимися в результате проведения предлагаемых нами операций.

Таким образом, не известна как предлагаемая нами совокупность признаков, в частности последовательность проведения операций и условия проведения этих операций (доза облучения), так и получаемый эффект контролируемое по глубине травление боковых поверхностей структур в резисте, что сообщает предлагаемому нами техническому решению соответствие критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Пример 1.

На кремниевую подложку, покрытую слоем никеля с толщиной 0,07 мкм, был нанесен слой позитивного электронорезиста ЭРП-1 толщиной 1 мкм, проэкспонирован электронным лучом на установке электронно-лучевой литографии ZRM-20 и проявлен в смеси метилэтилкетон изопропиловый спирт (МЭК-ИПС) 1:4 в течение одной мин. В нем были сформированы структуры с размерами элементов до 1,5 мкм. Затем резист был облучен пучком электронов с энергией 5 КэВ дозой 2·10^-4 К/см² (чувствительность 10^-4 К/см²) на модифицированном РЭМ BS-300 и на образец был напылен дополнительный слой алюминия толщиной 0,1 мкм. Затем резист был удален повторным проявлением и на подложке остались структуры из алюминиевой пленки и структуры из резиста толщиной 0,4 мкм с зазорами 0,4 мкм между ними. Эта совокупность структур была использована в качестве маски при ионно-лучевом травлении слоя никеля и в нем были сформированы самосовмещенные субмикронные структуры с зазорами между ними 0,4 мкм.

Пример 2.

На кремниевую подложку был нанесен слой ПММА толщиной 1,2 мкм. Методом рентгеновской литографии на модифицированном вакуумном посту ВУП-4 подложка была проэкспонирована излучением Cu L с длиной волны 1,33 нм дозой 500 Дж/см³ через полимерный рентгеношаблон с маскирующим покрытием из золота. При проявлении в смеси МЭК:ИПС 1:3 в течении 1 мин. были сформированы структур с размерами элементов 0,8 мкм. Затем на том же ВУП-4 резист был облучен пучком электронов с энергией 3 КэВ дозой 5·10^-4 К/см² (чувствительность 5·10^-5 К/см²). На подложку был напылен дополнительный слой окиси кремния SiO толщиной 0,2 мкм и резист был удален повторным проявлением. В результате этих операций на подложке остались структуры из резиста высотой 0,9 мкм и шириной 0,4 мкм и слой окиси кремния на расстоянии 0,2 мкм от резиста.

Полученные структуры были использованы для формирования субмикронных контактов к кремнию. Для этого на образец был напылен слой алюминия толщиной 0,15 мкм и резист был полностью удален в диметилформамиде. Так, в результате проведения этой (второй) операции обратной литографии были сформированы на кремниевой подложке контакты шириной по 0,2 мкм на расстоянии 0,4 мкм друг от друга, причем вне зоны контактов алюминий был отделен от подложки слоем окиси кремния.

Таким образом, использование изобретения обеспечивает формирование самосовмещенных структур с размерами элементов или зазоров между ними 0,1-0,5 мкм, и проведение более чем одного процесса обратной литографии с использованием одного слоя резиста.

Кроме того, способ формирования субмикронных структур облучением резиста низкоэнергетичными электронами имеет более высокую производительность, чем другие субмикронные литографические методы, т.к. подложка облучается постоянной дозой вся одновременно или большими участками широким пучком электронов. Образующееся при торможении электронов рентгеновское излучение не представляет опасности для персонала из-за малой энергии квантов.

Формула изобретения

Способ формирования структур в микролитографии, включающий нанесение на подложку позитивного электронорезиста, экспонирование рисунка, проявление, нанесение дополнительного слоя материала и удаления резиста, отличающийся тем, что после проявления сформированные в резисте элементы облучают пучком электронов с энергией 1 5 КЭВ дозой, равной 2 10 чувствительностям резиста, а удаление резиста проводят на глубину облученного слоя проявлением.