МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2007, том 36, № 1, с. 45-56
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^ ПРОЦЕССЫ
УДК 621.382.002
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ПЛАЗМОСТОЙКОСТИ РЕЗИСТНЫХ МАСОК
© 2007 г. С. В. Зеленцов, Н. В. Зеленцова, А. Н. Колесов, Л. А. Богатырева, И. А. Маштаков
Нижегородский государственный университет им. Н И. Лобачевского Поступила в редакцию 26.01.2006 г.
В обзоре рассмотрены способы увеличения стойкости фоторезистных масок к плазменному травлению и описаны физико-химические процессы, лежащие в основе этих методов.
1. ВВЕДЕНИЕ
Центральное место в современной технологии изготовления изделий микроэлектроники занимает фотолитография. На ее долю приходится более половины производственных затрат. Именно она часто определяет возможность получения того или иного полупроводникового прибора, особенно в том случае, когда размеры элементов топологии прибора, а также толщины его активных слоев близки к критическим, т.е. предельным для современного уровня развития фотолитографии. Можно сказать, что именно успешное развитие фотолитографии было своеобразным "локомотивом", движение которого определяло темпы развития микроэлектроники.
Фоторезисты являются материалами, которые должны удовлетворять противоречивым требованиям, а именно обладать высокой чувствительностью к действию актиничного излучения, высокой стойкостью к плазмохимическому травлению, малой дефектностью, высокой контрастностью, низкой чувствительностью к изменению параметров фотолитографического процесса (т.е. большой технологической широтой) и т.п. [1]. Чаще всего выбор состава фоторезиста определяется необходимостью поиска компромиссного решения, приводящего к оптимальному для данной технологии набору свойств фоторезиста.
Тенденцией в развитии современной микроэлектроники является изготовление изделий с элементами субмикронных размеров. Большинство экспертов в области микроэлектронных технологий считает, что для успешного развития в этой области необходимо отказаться от использования стадий, связанных с обработками в жидкостях, прежде всего, при удалении резистной маски и при селективном травлении активных слоев. Использование для этого травления в газовых плазменных разрядах и ионных пучках привело к необходимости разработки методов увеличения плазмостойкости фоторезистных масок без существенного ухудшения других фотолитографических свойств.
Целью настоящей работы является обзор способов увеличения стойкости фоторезистных масок к плазмохимическому (ПХТ) и реактивному ионному (РИТ) травлению и описание физико-химических процессов, лежащих в основе этих методов.
2. СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПЛАЗМОСТОЙКОСТИ
В научной и патентной литературе описано несколько методов увеличения плазмостойкости резистных масок. К наиболее часто применяемым относятся:
(1) модификация химического состава фоторезиста;
(2) создание многослойных структур;
(3) модификация фоторезиста после экспонирования, но до проявления в нем резистной маски;
(4) модификация свойств уже сформированной резистной маски за счет физических и химических воздействий.
Именно такая классификация, в основе которой лежит структурно-функциональный принцип, позволяет наиболее последовательно провести изложение способов увеличения плазмостойкости. Вследствие большой важности методов получения плазмостойких резистных масок за счет фотолитографии с формированием изображения в тонком верхнем слое фоторезиста, их описание будет проведено отдельно.
2.1. Модификация химического состава фоторезиста
Самым простым способом увеличения стойкости к действию газовой плазмы является введение в состав полимера функциональных групп, придающих ему плазмостойкость.
Экспериментально найдено [2], что устойчивость к плазмохимическому травлению зависит от отношения количества ароматических фрагментов к общему числу функциональных звеньев. Материалы с большой степенью ненасыщенно-
сти, достигаемой за счет введения в состав фоторезиста либо двойных связей, либо циклических структур, должны обладать оптимальной стойкостью к ПХТ. Иначе говоря, в качестве полимерных материалов с большой плазмостойкостью необходимо использовать материалы с высоким отношением количества атомов углерода к общему количеству атомов водорода и углерода. Кроме того, процесс травления полимера в кислородной плазме замедляется при наличии сшивок [2].
Наиболее известным способом увеличения плазмостойкости является введение в состав полимеров ароматических фрагментов (фенильных, нафтильных, антранильных). Для таких фрагментов отношение С/Н больше, чем для алифатических; они легко дезактивируют возбужденные молекулы и обладают повышенной устойчивостью к атаке радикальных частиц (и инициированию окисления за счет отрыва радикальными частицами плазмы атомов водорода из молекул полимера).
Для фоторезистов, изображение в которых формируется за счет экспонирования излучением с длиной волны 193 нм, использование фенильных фрагментов невозможно из-за сильного поглощения ими экспонирующего излучения. Чтобы решить эту проблему, в качестве полимерной основы таких фоторезистов предложено использовать акрилат-содержащие материалы. Однако при этом возникла проблема увеличения плазмостойкости [3]. Ее решили за счет введения в полимер бициклических фрагментов [3], благодаря чему он стал сополимером. К сожалению, полимеры, содержащие алициклические заместители, иногда обладают малыми смачиванием и адгезией.
Метод введения плазмостойких звеньев использован в [3] для разработки фоторезиста, чувствительного к излучению 193 нм. Полимер был синтезирован аддитивной виниловой полимеризацией производных тетракарбоциклического нор-борнена, трет.-бутилтетра-цикло [4.4.0.1.25 1710]-до-дек-8-ен-3-карбоксилата(^BDN) и 3-ацетокси-тет-ра-цикло-[4.4.0.1.25 1710]-додек-8-ена (AcODN). Алициклическая цепь этих полимеров обеспечивает плазмохимическую стойкость и хорошие механические свойства. Скорость ПХТ сополимера (85:15) поли(BDN-co-AcODN) в смеси CF4/CHFз примерно равна скорости для фоторезистных масок на основе новолачных смол. На разработанном материале получены линии шириной 0.2 мкм и с такими же расстояниями между ними при экспонировании эксимерным лазерным (на ЮР) степпером дозой 45 мДж/см-2.
Кроме плазмостойких сополимеров, содержащих алициклические звенья, в научной и патентной литературе большое внимание уделялось полимерным материалам, в состав которых входят фрагменты, содержащие атом металла или крем-
ния. В патенте [4] показано, что повышенной плазмостойкостью обладают резистные маски, состоящие из 3-17 вес. % светочувствительного азида и 97-83 вес. % полиорганосилоксана со средней степенью полимеризации 1000-10000. Полимер содержит на 1 атом кремния в среднем 1.98-2.02 органических радикалов, из которых 0.01-20 % приходится на винилы, 0-10 % - на фенилы и остальное количество - на алкилы. Чрезвычайно перспективным является использование в качестве резистов, прежде всего электронных, материалов, в состав полимерной цепи которых входят звенья силсесквиоксанов [5, 6].
Металлосодержащие резисты можно получить не только гомо- или сополимеризацией металлоор-ганических мономеров, но и функционализацией полимерных пленок. Описано [7, 8] создание резистов на основе сополимеров, содержащих в своем составе ОН-, NH2- и СООН-группы при последующей обработке их металлосодержащими соединениями. Так, например, при обработке сополимера итаконовой кислоты с метилметакрилатом растворимыми гидроксидами металлов, его стойкость к РИТ в смеси кислорода и CF4 возрастает в 4 раза [8].
Функционализация позволяет устранить проблемы, связанные с малой устойчивостью металлсодержащих полимеров, их склонностью к гелеобразованию, а их растворов - к старению. Кроме того, несколько уменьшаются проблемы, связанные с загрязнением активных слоев атомами металла за счет диффузии на стадии хранения заготовок с нанесенным фоторезистом и термообработок.
Введение добавок в состав фоторезиста является одним из наиболее общих способов увеличения плазмостойкости формируемых из него резистных масок. Используются органические соединения, являющиеся ингибиторами радикальных окислительных процессов, плазмостойкими полимерами, металлосодержащими веществами. В последнее время увеличилось число сообщений о применении для этих целей материалов с наноструктур-ными элементами.
Для повышения плазмохимической стойкости резистных масок на основе ПММА, полигексафторбу-тилметакрилата и полидиметилтетрафторпропил-метакрилата в соответствующие резисты предложено [9, 10] вводить 1.1-дифенил-2-пикрил-гидразил, гальваноксил, 2.2-метилен-бис(4-метил-5-трет.бу-тилфенол), 2,4,6-тритрет.-бутилфенол или 2-мер-каптобензтиазол. Все перечисленные соединения являются эффективными ловушками радикалов. К другому типу относятся добавки в полимерную основу фоторезиста смесей ^виниловых мономеров (^виниламина, ^виниламида, ^винили-мида, ^винилкарбазола и др.) с галоидорганиче-скими соединениями (йодоформом) [11], образу-
ющих полимер с повышенной плазмостойкостью, в том числе и за счет образования дополнительных сшивок.
В качестве добавок, увеличивающих плазмо-стойкость, часто используют ароматические азиды [12-16] в количестве 5-30 % от массы полимера. Если азид содержит ароматическое кольцо, то его пришивка к полимеру приводит к увеличению плазмостойкости. В патенте [14] для повышения плазмостойкости используют добавку йодированного ароматического азида или смеси ароматического азида с йодсодержащим неазидным соединением. Перед плазмохимическим травлением резистную пленку нагревают в вакууме для удаления остатков азида и йодсодержащей добавки. Можно предположить, что введение йодсо-держащих соединений приводит к увеличению доли нитренов, генерируемых в триплетном состоянии и приводящих к большому выходу первичных аминов - эффективных тушителей активных частиц из плазмы.
Иногда для увеличения плазмостойкости позитивного фоторезиста в его состав вводят [17] плазмостойкие полимеры, такие как, полистирол и его производные. Увеличение плазмостойкости, по крайней мере, в случае полистирола, обусловлено тушащим действием ароматических колец на активные части
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.