DE2535156C3 - Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit vorgegebenem Muster von Bereichen geringerer Schichtdicke und Verwendung der Schicht als Maske bei der Dotierung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Schicht mit vorgegebenem Muster von Bereichen geringerer Schichtdicke und Verwendung der Schicht als Maske bei der Dotierung

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Description

h) Entfernen des Ätzmittels,
i) Wiederholung der VcrfahrcnsschriUc t) bis h), bis die bei der Entwicklung löslichen Gebiete der Lackschicht entfernt sind,
k) Entfernen der restlichen Teile der Lackschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine für clcktronenstrahlempf indliche Lackschicht verwendet wird, daß die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl erfolgt, und daß der Elektronenstrahl nach vorgegebenem Raster auf die Schicht aus strahlungsempfindlichcm Lack gelenkt wird.
3. Verwendung einer nach den Verfahren 1 oder 2 hergestellten Schicht als Maske bei der Dotierung von Halbleiterkörpern mittels Diffusion und/oder Ionenimplantation.
Die Erfindung betrifft ein wie im Oberbegriff des Patentanspruches I angegebenes Verfahren zur Herstellung einer auf einem Substrat befindlichen Schicht mit nach vorgegebenem Muster verteilten Schichtbereichen mit verringerter und zueinander abgestufter Schichtdicke sowie die Verwendung der Schicht als Maske bei der Dotierung.
In der Halbleitertechnik tritt häufig das Problem auf, daß eine Schicht, die sich auf einer Unterlage, z. B. einem Halbleiterkörper, befindet, mit Stufen bzw. stufenförmigen Verliefungen versehen werden muß. Zur Herstellung von derartigen Mustern mit Bereichen mit verringerter und zueinander abgestufter Schichtdicke wird auf eine gleichmäßig dicke Ausgangsschicht eine Photolackschicht aufgebracht, durch eine erste Maske belichtet und entwickelt. Sodann erfolgt eine erste Ätzung der vom Photolack befreiten Gebiete der Schicht. Mit einem zweiten Photomaskcnschritt und einer daran anschließenden Ätzung werden dann die weniger tiefen Bereiche in der Schicht erzeugt. Bei diesem Verfahren ist es notwendig, nacheinander zwei Bestrahlungsmasken zu verwenden. Die Lage dieser beiden Masken muß zueinander sehr genau justiert werden, wenn feine Strukturen erzeugt werden sollen.
Aus IBMTechn. Discl. Bull. Band 17, Nr. 7, 1974, Seiten 2168 bis 2169, ist ein Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe einer Photomaske, die Gebiete unterschiedlicher Absorption besitzt, in einer Photolackschicht bei Belichtung Gebiete unterschiedlicher Löslichkeit erzeugt werden. Bei der Entwicklung des Photolackes erhalten diese Gebiete unterschiedlicher Löslichkeit eine ihrer Löslichkeit entsprechend abgestufte Schichtdicke. Eine solche mit Gebieten unterschiedlicher Schichtdicke versehene Photolackschicht wird als Maske für eine Implantationsdotierung verwendet. Eine solche Photolackschicht mit Gebieten abgestufter Schichtdicke ist aber z. B. ungeeignet für die Durchführung von Hochtemperaturprozessen, beispielsweise einer lokalen Oxydation oder einer Hochtemperatur-Diffusionsdotierung, weil bei dem dazu notwendigen Hochtemperaturprozeß die Photolackschicht aufweichen und fließen würde. Aus IBM Techn. Discl. Bull. Band 17, Nr. X, 1975, Seiten 2160 bis 2161, ist ein weiteres Verfahren bekannt, bei dem ein strahlungsempfindlichcr Lack durch eine Bestrahlungsmaske unterschiedlich stark belichtet wird, bei dem die am stärksten belichteten Teile zunächst durch Entwicklung abgetragen werden und dadurch Teile einer darunterliegenden Oxidschicht freigelegt werden. Diese freigelegten Teile der Oxidschicht werden sodann durch Atzen abgetragen, danach wird mit einem weiteren Enlwicklungsschritt der Teil mit der nächst höheren Löslichkeit der Phololacksehicht abgetragen. Bei diesem Verfahren wird die unter dem Phoiolack befindliche Oxidschicht beim Ätzvorgang entweder ganz entfernt, oder sie bleibt mit Photolack bedeckt und damit ungeätzt. Gebiete mit abgestufter Schichtdicke lassen sich nach diesem Verfahren in der unter dem Photolack befindlichen Oxidschicht nicht erreichen.
Aus der US-PS 38 57 041 sowie aus der I)I-OS 2050763 sind Verfahren bekannt, nach denen ein elektronenstrahlempfindlicher Photolack verwendet wird und die Belichtung dieses Photolackes dadurch erfolgt, daß ein Elektronenstrahl rasterförmig über die zu belichtende Fläche gi.führi wird, herner ist es aus diesen Druckschriften bekannt, derart hergestellte Schichten als Maske bei der Dotierung von Halbleiterkörpern zu verwenden.
Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren anzugeben, bei dem unter Verwendung einer unterschied lieh stark belichteten Fhotolackschicht in einer damn-
ter befindlichen Schicht aus anderem Material, z. B. einer Oxidschicht, Stufen bzw. einzelne Gebiete mit zueinander abgestufter Schichtdicke erzeugt werden kennen.
Diese Aufgabe wird bei einem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahren erfindungsgemäß in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß eine einzelne Photomaske ausreichend ist, und daß mit ihm die gewünschten Gebiete abgestufter Schichtdicke auch in temperaturfesten Materialien, wie z. B. in Oxidschichten, hergestellt werden können, wobei die jeweilige Schichtdicke durch die Dauer des Ätzens bestimmt werden kann.
Wie bei den bekannten Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Dosis der auftreffenden Strahlung die Löslichkeit des Lackes beim Entwickeln bestimmt. Bei Verwendung von Positiv-Lacken steigt die Löslichkeit mit zunehmender Dosis, bei Negativ-Lack fällt sie mit zunehmender Strahlungsdosis ab. Unterschiedlich stark bestrahlte Bereiche des Photolackes werden dementsprechend beim Entwickeln verschieden schnell fortgelöst, so daß beispielsweise bei der Verwendung von Positiv-Lack der der größten Strahlungsdosis ausgesetzte Bereich bereits fortgelöst ist, während die weniger stark bestrahlten Bereiche noch stehenbleiben.
Dementsprechend hat die Erfindung den Vorteil, daß bereits eine Belichtung durch eine Photomaske zur Erzeugung einer nach vorgegebenem Muster strukturierten Schicht genügt.
Die Dicken der jeweiligen Bereiche verhalten sich zueinander wie die dort erzeugte Löslichkeit des Lakkes und damit entsprechend der aufgetroffenen Strahlungsdosis. Bei Verwendung von lichtempfindlichen Photolacken könnte man beispielsweise die jeweils auftreffende Strahlungsdosis dadurch festlegen, daß man eine Photomaske benutzt, die an den entsprechenden Stellen Grauzonen verschiedener Absorption besitzt.
Feine Strukturen im Photolack lassen sich jedoch genauer und einfacher erreichen, wenn man nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einen elektronenempfindlichen Lack verwendet und die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl erfolgt. Der Elektronenstrahl wird dabei etwa gemäß den aus der I !S-PS 38 57 (Wl oder der DIi-OS 20 50 763 bekannten Verfahren nach vorgegebenem Raster auf die Schicht aus strahlungsempfindlichem Lack gelenkt.
Die Strahlungsdosis wird dabei durch die Verweilzeit des Elektronenstrahles an dem jeweiligen Rasterpunkt bestimmt.
Nach dem Entwickeln weist die Lackschicht dann ein Muster mit Bereichen verschiedener Dicke auf, das dem Bestrahlungsmuster entspricht und bei dem der Bereich mit der größten Löslichkeit entfernt ist. Sodann wird die unter der Photolackschicht liegende Schicht an der von dem Photolack befreiten Stelle geätzt. Im Anschluß daran wird der Entwicklungsvorgang für die Photolackschicht wiederholt, so daß das Gebiet mit der nun höchsten Löslichkeit entfernt wird. Daran schließt sich wiederum ein Ätzvorgang, der unter der Ph-v.olackschicht liegenden Schicht an, wobei das zuers- geätzte Gebiet nochmals geätzt and dadurch weiter vertieft wird. Das Weiterentwickeln des Photolackes und das nachfolgende Ätzen der darun-" > terliegenden Schicht wird so lange wiederholt, bis in der unter dem Photolack liegenden Schicht die gewünschte Struktur von Gebieten mit unterschiedlicher Schichtdicke erreicht ist.
Eine so hergestellte Schicht kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Maske bei der Dotierung von Halbleiterkörpern mittels Diffusion und/oder Ionenimplantation verwendet werden.
Die Eindringtiefe der Dotierstoffteilchen hängt dabei von der jeweiligen Dicke der auf dem Halbleiteri"· körper befindlichen Schicht ab.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnuag dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Der Verfahrensgang wird schematisch durch die -'" Fig. 1 bis 8 dargestellt.
Auf einem Silizium-Halbleiterkörper I befindet sich eine Siliziumdioxidschicht 2, die mit Schichtbereichen unterschiedlicher Dicke versehen werden soll. Dazu wird zunächst eine Schicht aus elcktronenemp- -'"> findlichem Lack 3 aufgebracht und sodann mittels eines Elektronenstrahles belichtet, der dabei in dem Lack ein rasterartiges Bild erzeugt. Die Lackschicht wird sodann entwickelt. Dabei entstehen entsprechend der Belichtung in der Lackschicht Schichtbereiche 4. 5, 6 mit verschiedener Dicke. Die Lacksciiicht wird dabei so lange entwickelt, bis der Schichtbereich 5 mit der größten Löslichkeit von der Siliziumdioxidschicht abgelöst ist. Der so freigelegte Schichtbercich der Siliziumdioxidschicht wird sodann r. mit einer Ätzflüssigkeit, z. B. Fluorwasserstoff, behandelt und abgeätzt. Nach diesem ersten Ätzvorgang wird die Lackschicht weiter entwickelt; es werden dadurch weitere Schichtbereiche 6 der Siliziumdioxidschicht freigelegt. An diesen Stellen und zugleich in in dem bereits nach dem eisten Entwicklungsvorgang freigelegten Schichtbereich 5 wird sodann die Siliziumdioxidschicht geätzt. Auf Grund der verschiedenen Ätzdauer der Schichtbereiche 5 und 6 reicht nach Abbruch dieses Ätzvorganges der Schichtbereich 5 weii, ter in die Siliziumdioxidschicht hinein als die Schichtbereiche 6. Der Schichtbereich 5 kann bei genügend langer Ätzdauer auch die SiO2-Schicht durchsetzen, so daß der unter der SiO,-Schicht befindliche Halbleiter dort freigelegt ist (Fig. 7).
in Dieser kombinierte Vorgang aus Entwickeln der Lackschicht und anschließender Ätzung des neu freigelegten Materials wird so lange fortgesetzt, bis in der Siliziumdioxidschicht das gewünschte Muster hergestellt ist. Mit diesem Verfahren lassen sich die in Fig. S r> dargestellten stufenförmigen Muster herstellen. Es ist weiterhin möglich, Bereiche mit kontinuierlich abnehmender Schichtdicke dadurch zu erhalten, daß die Lackschicht in diesen Bereichen mit einer entsprechend kontinuierlich zu- bzw. abnehmenden Dosis ^i bestrahlt wird. Die so erhaltene Siliziumdioxidschicht kann dann als Diffusionsmaske für eine nachfolgende Dotierung des unter der Siliziumdioxidschicht befindlichen Halbleiters benutzt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer auf einem Substrat befindlichen Schicht mit nach einem vorgegebenen Muster verteilten Schichtbereichen mit verringerter und zueinander abgestufter Schichtdicke, bei dem zuerst folgende Verfahrensschritte (a bis f) ausgeführt werden:
a) Aufbringen der Schicht auf das Substrat,
b) Aufbringen einer strahlungsempfindlichen Lackschicht auf die Schicht,
c) Bestrahlen der einzelnen Gebiete der Lackschicht, die jeweils über einen der nach dem vorgegebenen Muster vorgesehenen Schichtbereiche abgestufter Schichtdicke liegen mit einer voneinander verschiedenen Strahlungsdosis, so daß Lackschichtgebiete unterschiedlicher Löslichkeit beim Entwikkeln erzeugt werden,
d) Entwickeln der Lackschicht für eine solche Zeitspanne, bis das Lackschichtgebiet mit der größten Löslichkeit entfernt ist,
e) Abtragen der von der Lackschicht befreiten Bereiche der Schicht durch Ätzen bis zu einer vorgegebenen Tiefe,
f) Weitercntwickcln der Lackschicht, bis die Lackschichtgebiete mit der nunmehr vorliegenden höchsten Löslichkeit entfernt sind, gekennzeichnet durch den folgenden Ablauf der weiteren Verfahrensschrittc:
g) Abätzen der während des Verfahrensschrittes f) von der Lackschicht befreiten Schichtbereiche (6) zugleich mit den bereits während des Verfahrcnsschritlcs e) geätzten Schichtbereichen (5) bis zu vorgegebenen Ätztiefen, wobei in den erneut geätzten Schichtbcreicheii (5) eine größere Ätztiefe erzielt wird als in den erstmals geätzten Schichtbereichen
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