DE2701356A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleiterstrukturen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von halbleiterstrukturen

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DE2701356A1
DE2701356A1 DE19772701356 DE2701356A DE2701356A1 DE 2701356 A1 DE2701356 A1 DE 2701356A1 DE 19772701356 DE19772701356 DE 19772701356 DE 2701356 A DE2701356 A DE 2701356A DE 2701356 A1 DE2701356 A1 DE 2701356A1
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structuring
insulating
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Funkwerk Erfurt VEB
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Description

Verfahren und Vorrichtung but Herstellung
von Halbleitcretrukturen
Sie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kaibleiterotrukturen, Insbesondere zun Strukturieren von Iooller- und elektrisch leitenden Schichten auf HoIbleitezsubetraten durch Beschüß mit Ionen, bei dem zwlochen Ionenquelle und Halbleitersubstrat eine Masks vorgesehen let, dl· die ssu erzeugende Struktur aufweist und bei dem lokalbegrenzte Veränderungen in Holbleitersubatrat bzw. In darauf befindlichen Schichten hervorgerufen werden«
Eo 1st bokannt, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen zur Erzeugung dor Strukturen fotolithographische Verfahren anzuwenden» Daboi werden die zu strukturierenden Schichten mit einen Potolcck überzogen, anschließend mit den gewünschten Strukturen belichtet und entwickelt· Bei dem anschließenden Entv/icklungapror.eß wird die Fotolackechicht lokal begrenzt entfernt. An diesen Stellen wird die darunter befindliche Schicht anschließend ganz oder teilweise je nach nachfolgendem Arbeitsechritt mittels flüssigen Xtzmedien abgetragen* Dieser Vorgang wird je nach verwendeter Technologie entsprechend oft wledrholt· Die zu strukturierenden Schichten können neben Halbleiterschichten, Isolier- oder leitfUhige Schichten sein·
Votolithographieche Prozesse haben den Nachteil, daß durch die notwendigen Naßprozesse unkontrollierbare Verunreinigungen her» vorgerufen werden, die zu instabilen elektrischen Parametern und zur Verminderung der Ausbeute führen können. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin» daß das Auflösungsvermögen bei den fotolithographischen Verfahren durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts theoretisch begrenzt ist«
Weiterhin sind Ionen-Implantationeverfahren su ganzflächigen Dotierungezwecken bekannt·
Bekannt iat auch das Verfahren des schreibenden Ionenstrahls (Feinctrchl-Technlk), das jedoch aufgrund der dazu notwendigen hohen Dosen zu zeitaufwendig 1st*
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Bekannt ist auch, daß mit Ionen bestrahlte» Siliziumdioxid ge&onUber unboetrahltem Oxid in Abhängigkeit τοη der Bestrahlungsdosis und dor OxL3qualitüt unterachiedliche Xtzraten aufweist*
Zwock der Erfindung ist es, die beschriebenen IT achteile bu beseitigen und ein Verfahren anzugeben, das eine höhere Auebeut· ßöV. Ölirl O i B t G t ·
Dor Erfindung liest die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her* stellung von Holbleiterotrukturen, insbesondere zun Strukturieren von Holbleltertmbatraten durch Beschüß mit Ionen anzugeben, das die bein fotolithografiBchen Verfahren notwendigen Naßprozesse vexneidet, dca ein hbhoros AuflöeungovermtSgen und damit einen hcheron Integrationsgrad bei guter Reproduzierbarkeit der Paranotcr gewährleistet, das die im Herstellungeprozeß von Halbleiterctzukturon erforderliche Struktuxierung von elektrisch leitfähigen Schichten fotolithografiefrei gestattet und Verunreinigungen weitgehend aueschließt·
Dieoo Aufgabe wird dadurch golUst, daß erfindungsgenäß die tlaalie 2ulachen Ionenquelle und Hcdbleitersubstrat derart angoordnot wird, daß ein verkleinertes Abbild der Iloske taittelo Ioncnstrrihlon auf den Halbleitoreubstrat bzw« darauf befindlichen Schichton hervorgerufen wird und daß diese einen Xtzprocoß unteiA.orfon werden, bei dem aufgrund der Ätzraten-Unter— schiede zwischen den bestrahlton und unbestrahlten Gebieten die geuUnecIito Ilolbleiteratruktur erzeugt wird·
Eo wurde gofundon, daß durch Beschüß metallischer Schichten mit hochonercotiachon Protonen Strukturveriinderungen von der Art erzeugt worden, daß beschossene Gebiete gegenüber nicht beschossenen unterschiedliche Xtzraten aufweisen«
Mittels einer Vorrichtung, die aus einer Ionenquelle besteht, von der ein Ionenstrahl hoher Divergenz extrahiert wird, au« den nittelu eines Blendensystems ein intensitätshomogener leilstrcihl ausgeblendet wird, der eine Maske mit der abzubildenden Struktur durchläuft, wird durch ein nachgeordnetes ionen» optisches System ein verkleinertes Abbild der Itaskenatruktur auf dem Halbleitersubstrat erzeugt·
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Die technißchon Torteile der Erfindung bestehen darin, daß durch Anwendung dee Verfahrene und der Vorrichtung die gegenüber den bekannten Vorfahren fotolithografiefreie Struktur!einriß elektrisch leitender Schichten erzielt wird» Im Zusammenhang mit der fotolitbografiefreien Strukturierung von geeignetem Siliciumdioxid al ο Isolations«- und Schutzschicht ist unter Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung donit ein gegenüber bekannten Vor» fahron vollständig fotolithografiefreier Halbleiterherstellungsproseß durchführbar» Dabei wird gegenüber bekannten Verfahren ein wesentlich höheres Auflösungsvermögen erreicht, und damit eine höher© Packungsdichte sowie durch Verminderung der Verunreinigungen eine Verbesserung der Stabilität der elektrischen Parametor nü^lich. Sowohl die themische Belastung alß auch die Anforderungen an die Poattloniergenaulgkeit der wechselbaren Hacken eind 100 ~en dor durch das Objektiv bewirkten 10-fachen Verklcinorung un einen Faktor 10 (Plächo) kleiner als bei einem Kontaktmaßkenvorfahron» Ebonso unterliegen die Pertigungstoleranzon der Wechsolnanl:c3 oinor uia einon Paktor 10 geringeren Anforderung, als oie on die Bildquiilität geatollt werden müssen, d.h. 1 yun Toleranz in der Positioniergenauigkeit der llaske entsprechen bei einem Vorkleliierunnanaßstab von 1 ι 10 einer Bildversetzung von °»1 /Um»
DIo ökonomischen Auswirkungen bestehen in einer Vereinfachung des tochniachan Ablaufs, einer wesentlichen Erhöhung der Standzeiten der Masken gegenüber konventionellen Potoschablonen sowie in einer Erhöhung der Ausbeute«
Der Gegons*and der Erfindung soll nachstehend an Hand von AusfUhrungsbeispiel 1 näher erläutert werdenι
Die in der Regel aue Siliziumdioxid bestehenden Isolierschichten auf der Halbleiteroberfläche werden mittels der erfindungugeiaöi3en Vorrichtung lokal begrenzt vorzugsweise mit leichten Ionon beschossen« Die erfindungsgemüße Vorrichtung, mit der die lokalbegrenzte Schädigung der Isolierschicht durch vorzugsweise leichte Ionen erfolgt, let ein ionenoptiecbee Gerät, das nachfolgend als Ionenprojektor bezeichnet wird· Der Ionenprojektor stellt eine Kombination au« einem Teilchen-
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bc&chlcuniger \mi einem ionenoptischen Projektioneapparat dar» der aua Ionenquelle, ionenoptischen System (Objekte)« Ein* richtune zur Aufnahme von vorzugoweiee selbsttragenden Metallmaoken, Torgetkairmer mit Wechseleinrichtung ftir Holbleitersubctrate, einen entsprechenden Vakuumsystem und verschiedenen ncBtechniachen, elektronisclien und elektrischen Hilfseinricltingen besteht·
Leichte Ionen, zum Seispiel Protonen oder Gemische leiohter Ionon worden in einer Ionenquelle erzeugt, von dieser derart extrahiert, daß der Ionenstrahl hohe Divergenz aufweist« Durch oin Bleadensysten wird ein intensitUtshomogener Teilstrahl ausgeblendet, der eine abzubildende Maske, auf der entsprechend· Holbleitcrstrukturen ausgearbeitet sind, durchläuft. Durch eine Pokusaioruncslinoe wird die Gesamtintoneität de· durch öle L'iooke hindurchtreteriden Strahle in die Slntrittsblend· doa abzubildenden Objektive geworfen· Dafl Objektiv verkleinert die abzubildende Hacke entsprechend Objektiv-Bildabetond, B,B. um einen Paktor 10 auf die Originalgrüß· der gewünschten Struktur auf den Halbleitersubstrat, wobei da* Bild in der Ulihe der Pokalebene entsteht und die angelegt· Objektivlinsenspannung den Hauptteil der Energie der Ionen definiert·
Dioaes "Ionenbild" der Maske trifft nun auf die Siliziumdioxid· schicht und dringt je nach Energie und Art der Ionen entsprechend tief in diese ein.
Die elektrostatischen Linsen und dl· Stabilität der Hoch· spannung sind derart ausgelegt, daß dl· optische Qualität» Tiefenschärfe und das Auflüsungsvexmügen den Anforderungen genügen· Das theoretische Auflösungsvermögen bei Verwendung von Protonen der Energie z.B. 60 keV entspricht oa. 10""* °A·
PUr die effektive Anwendung des Ionenprojektors In der Produktion ist dieser mit einer Wechselvorrichtung von genügender Genauigkeit für die Masken versehen· Weiterhin let eur , Aufnohne des Halbleitersubstrat· eine Target kammer entepreotonder Kapazität mit allen Hilfseinrichtungen vorgesehen·
Der anschließend· Xtzprozeß zur Strukturierung der Isolierschicht wird vorzugsweise durch eine Trockenätzung mittel· gasf ümißen Xtzmedlen eur volletändigen Tenneidung von IaA-prozeseen realisierte 709 8 3 3/0578
Die 1).'Iufie cue Alunlniun boatehende elektrisch loitiilhice Schicht der lUbleiteretruktur wird erfindunssßemäß mittelo der erfindun^:j,;,o.iLii;en Vorrichtung lokal begrenzt mit Protonen (H Ior.e-i) be^clioacen. Dabei v/erden in der Alumini um schicht strukturelle Vorüacleruncen derart er2euct, deß die beschoaoonon Gebiete bei Ätzprozeasen eine hUhere Xtzrate eeeontibor nicht
Gobloten aufweisen. Die Protonen werden in der
Verrichtung auf Energien von 40 ··· 100 keV beschleunigt«
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Die erforderliche DoBie betrügt 10' «#. 10 ^ Protonen pro cm «
!fach lokal begrenzten Beschüß der Aluminiurischlcht wird durch einen Al-Ätzprozoß die etrukturierto, elektrlech loitfähige
Al-iichicht der Halbleiteratruktur erzeugt«
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1»jVorfehren zur Herstellung von Holblel t ere txuk türen, ins- »y besondere sun Strukturleren von Isolier« und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleltersubstraten durch Beschüß mit Ionen, bei dem zwischen Ionenquelle und Halbleitersubstrat eine Uf.oke vorgeeehon ist, die die zu erzeugende Struktur aufweist und bei den lokal begrenzte Yorttnderungon im Halbleitersubstrat bzw· In darauf befindlichen Schichten hervorgerufen werden, dadueh gekennzeichnet, daß die K&ske zwischen Ionenquelle und Halbleitersubstrat derart angeordnet wird, daß ein verkleinertes Abbild der Ilaeke mittels Ionenstrahlen auf den Halbleitersubstrat bzw* darauf befindlichen Schichten hervorgerufen wird und daß anschließend das oder diese einem Atzprozeß unterworfen werden, bei dem aufgrund der Xtzunterschlode zwischen den bestrahlten und unbostrahlten Gebieten die gewünschte Halbleiterstruktur erzeugt wird·
    2· Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrukturen, insbesondere zum Strukturieren von Isolier* und elektrisch leitenden Schichten dimh Beechuß mit Ionen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht aus Aluminium besteht und zum Beechuß Protonen verwendet werden·
    3· Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrukturen, insbesondere zum Strukturieren von Isolier- und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitersubstraten durch Beschüß mit Ionen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A'tzprosseß mittels Haß-, Casphasen- oder Plaemaätzung durch?» geführt wird·
    4· Verfahren zur Herstellung von Halbleiteretrukturen, insbesondere eum Strukturieren von Isolier- und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitersubotraten durch Beechuß mit Ionen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strukturierung relativ dicker Schichten leichte Ionen verwendet werden·
    5. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrulcturen, insbesondere sum Strukturieren von Isolier» und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitersubstrat en durch Beechuß
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    ORIGINAL INSPECTED
    mit Ionon, naoh Anspruch 1» gekennzeichnet durch die Anwendung zur strukturierten bzw· bei Entfernung der lioeke zur ganssflüchigen Dotierung in Halbleiteruubstruten·
    6· Vorfahren zur Herstellung von Ualbleiterstrukturen» insbesondere zum Strukturieren von Isolier- und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitersubetraten durch Beschüß mit Ionen» nach Anspruch 1-5» dodurch gekennzeichnet» daß die Strukturierung und die ganzflächige Dotierung ohne Zwischentraneport de· Halbleitersubetrate durchgeführt wird·
    7· Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrukturen» insbesondere sum Strukturleren von Isolier«- und elektrisch leitenden Schichten auf Holbleitersubstraten durch Beschüß mit Ionen» nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß Schichten strukturiert auf- bzw· abgetragen werden«
    8. Verjähren zur Herstellung von Halbleiterotrukturen» inobosondere zum Strukturieren von Isolier— und elektrisch leitenden Schichten euf Holbleitereubetraten durch Beaohuß mit Ionen» nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung optin aler Struktureigensehaften lonengemische verwendet werden«
    9« Verfahren zur Herstellung von Halblei terotrukturen» insbesondere zum Strukturieren von Isolier- und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitereubotraten durch Beschüß mit Ionen» nach Anspruch 1-6» dadurch gekennzeichnet» daß zur Erzeugung von relativ langen bzw· in sich geschlossenen Strukturen mehrere Tellmasken mit Jeueile einer Ionenbestrahlung angewendet werden·
    10. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterstrukturen, insbesondere zum Strukturieren von Isolier* und elektrisch leitenden Schichten auf Halbleitersubstraten durch Beschüß mit Ionen» nach Anspruch 1-7» dadurch gekennzeichnet» daß es car Herstellung τοη Halbleiterbauelenenten» insbesondere von bipolaren und unipolares Schaltkreisen verwendet wird*
    7 09833/0576
    11· Vorrichtung zur Durchführung doe Verfahrene nach Anopruch 1-8, dadurch Gekennzeichnet, daß diese aus einer Iononquelle, von der ein Ionenstrahl hoher Divergonz extrahiert wir·!, aus dem mittels eines Blendensysteras ein inteneitütshoinogcner Teiletrahl ausgeblendet wird, der eine llosko nit dor abzubildenden Struktur durchläuft und durch ein nachgeordnetes ionenoptischee System ein verkleinertes Abbild der Uaskenstruktur auf dom Ilolbleitersubstrat erzeugt·
    12· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1-8, de durch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle mit einer Wechseleinrichtung versehen 1st, die das Betreiben der Vorrichtung mit unterschiedlichen Ionenarten era'üglicht·
    13· Vorrichtung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die liaskenhalterung ale lloekomvechseleinrichtung und Positioniereinrichtung ausgebildet ist»
    14, Vorrichtung zur Durchführung dee Verfahrene nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer gleicher Strukturen auf einen Halbleitersubstrat, dieses in einer largetkanner mechanisch verschiebbar angeordnet let«
    15· Vorrichtung zur Durchführung dee Verfahrene nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung mehrerer gleicher Strukturen auf einem Halbleitersubstrat der Ionenstrahl durch ein zusätzliches Ablenksystem reproduzierbar verschiebbar 1st»
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