DE3535890A1 - Elektronenstrahl verbesserte oberflaechenmodifikation zur herstellung von hoch aufgeloesten strukturen - Google Patents

Elektronenstrahl verbesserte oberflaechenmodifikation zur herstellung von hoch aufgeloesten strukturen

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DE3535890A1
DE3535890A1 DE19853535890 DE3535890A DE3535890A1 DE 3535890 A1 DE3535890 A1 DE 3535890A1 DE 19853535890 DE19853535890 DE 19853535890 DE 3535890 A DE3535890 A DE 3535890A DE 3535890 A1 DE3535890 A1 DE 3535890A1
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metal
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John Roland Golden Col. Pitts
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Description

Beschreibung
Elektronenstrahl verbesserte Oberflächenmodifikation zur Herstellung von hoch aufgelösten Strukturen
Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungsbildchemie, bei der die Abbildung die physikalische Eigenschaft eines strahlungsempfindlichen Materials beeinflußt oder eine Nichtebene oder Druckoberfläche erzeugt, und zwar durch Elektronenstrahlabbildung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Ausbildung örtlichen Oxidwachstums auf Metallfilmen oder -schichten in Anwesenheit von Elektronenstrahlen und Hochvakuumniveaudrücken von Gasen, wie beispielsweise CO- oder NO, die stabile zurückbleibende Gruppen erzeugen.
Hoch aufgelöste Strukturen sind für eine Verschiedenheit von Technologien wertvoll, wie beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, Massenspeichervorrichtungen und mikromechanischen Vorrichtungen. Beispielsweise wird eine integrierte Schaltung, bestehend aus einem Netzwerk von miteinander verbundenen Transistoren auf einem Substrat dadurch gebildet, daß man photographische und mikrolithographische Verfahren verwendet, um Merkmale bis hinab zu einer Größe von 2-5 Mikrometern zu definieren. Die Kleinheit der Merkmale ist für die physikalischen Eigenschaften dieser Schaltungen bedeutsam, und zwar einschließlich deren Geschwindigkeit, deren geringen Leistungsverbrauchs, der Zuverlässigkeit und der niedrigen Kosten. Die Feinheit der Strukturauflösung markiert somit eine der Grenzen bei der integrierten Schaltungstechnologie und das ständige Bemühen besteht darin, diese Grenze weiterhin hinauszuschieben, indem man höhere Auf-
lösungsgrade erreicht und indem man verbesserte Verfahren zur Ausbildung hoch aufgelöster Strukturen entwickelt.
Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen und integrierten Schaltungen wird die Musterdefinition typischerweise erreicht unter Verwendung von optischen Strahlen, Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen oder lonenstrahl-Lithographie. Das ursprüngliche Muster wird auf ein Substrat unter Verwendung eines positiven Resistmaterial und eines Ätzverfahrens übertragen, ober aber ein negatives Muster kann auf dem Substrat durch ein negatives Resistmaterial oder ein Abheben eines abgeschiedenen Films oder einer abgeschiedenen Schicht ausgebildet werden. Für Dimensionen unterhalb T Mikrometer haben die erwähnten Verfahren bekannte Grenzen bezüglich der Bildung negativer Bilder eines Musters.
Es ist bekannt, daß die Lithographie mit sehr hoher Auflösung, die in der Lage ist Sub-50-nm-Linien oder Leitungsmuster zu erzeugen, Resistsysterne verwendet, die abgeschiedene Schichten aus Germanium-Selen mit einem Ag2Se-Überzug in Verbindung mit Elektronenstrahlbelichtungssystemen benutzen, die ein Muster auf die Schicht schreiben, und zwar dadurch, daß Silber veranlaßt wird, in die Schicht zu diffundieren und ein Material bildet, welches gegenüber Alkaliätzung beständig ist, wie dies in B. Singh, S.P. Beaumont, P.G. Bower und C.D.W. Wilkinson, Appl. Phys. Lett. 41(10), 1002 (1982) beschrieben ist. Es wurden ferner andere abgeschiedene Schichten (Filme) entwickelt, die gegenüber der Elektronenstrahlaussetzung empfindlich sind, obwohl nicht alle für die Bildung von Mikrongrössenmustern geeignet sind, wie dies beispielsweise in der Literaturstelle B. Singh, S.P. Beaumont, P.G. Bower und C.D.W. Wilkinson, Appl. Phys. Lett. 41(9), 889 (1982) beschrieben ist. Elektronenstrahl empfindliche Schichten wurden auch in Patenten erwähnt, wie beispielsweise im US-Patent 4 269 934. In diesem Patent sind auf Silberhalogenid basierende Schich-
ten beschrieben, die durch einen Elektronenstrahl beschrieben werden können, um eine zur Verwendung bei der Mikroschaltungsher stellung geeignete optische Maske zu bilden. Die Verwendung einer solchen Schicht erfolgt in Kombination mit einer Photoresistschicht auf einem Siliziumwafer oder einem anderen Substrat, um die Belichtung der Photoresistschicht gegenüber sichtbarem Licht zu steuern.
Ein anderes Verfahren zur Mikroschaltungsherstellung, welches etwas ähnlich zum Ionenfräsverfahren ist, ist in US-PS 4 243 476 beschrieben. Gemäß dieser Patentschrift wird das Ätzen eines Substrats kombiniert mit der Verwendung einer Maske aus einem ordnungsgemäß ausgewählten Material, das eine reaktive Gasart dann freisetzt, wenn es von einem Ionenstrahl getroffen wird. Verschiedene Metallsubstrate können durch die reaktive Gasart geätzt werden, die durch einen ausgewählten Ionenstrahl aus inertem Gas freigesetzt werden kann.
Es wurde ferner von J. Nulman und J.P. Krusius, Appl. Phys. Lett 42(5), 442 (1983) vorgeschlagen, daß ein zufriedenstellendes Musterumkehrverfahren erreicht werden kann, bei Verwendung positiver Resistmaterialien, örtliche Oxidation und reaktiven Ionenätzens von Aluminium zur Übertragung eines Musters mit Dimensionen unterhalb 1 Mikrometer. Es ist bekannt, daß Aluminiumoxid eine geringere Ionenfräsrate besitzt als sowohl reines Aluminium wie auch Silizium. Aluminiumschichten wurden somit örtlich durch Verwendung einer Oxidationsmaske aus beispielsweise Silizium abgeschieden über eine Aluminiumschicht in einem Elektronenstrahlverdampfer örtlich oxidiert. Ein Anfangsmuster wird in einem positiven Hochauflösungsresistmaterial ausgebildet, und zwar unter Verwendung der optischen Elektronenstrahl- und Ionenstrahl- oder Röntgenstrahlen-Lithographie. Sodann wird das positive Resistmuster auf die Oxidationsmaske auf der Aluminium-
schicht übertragen, und zwar unter Verwendung anisotropen Ätzens. Die sich ergebende freiliegende Aluminiumschicht wird örtlich in Sauerstoffplasma oxidiert, wo kein Schutz durch die Maske vorgesehen wird und es wird ein ätzbeständiges Aluminiumoxid gebildet. Sodann wird die Aluminiumschicht unter Verwendung anisotropen Ätzens gemustert, was die Ausbildung eines umgekehrten Musters zur Folge hat und möglicherweise eine brauchbare Endstruktur liefert, wie beispielsweise eine Gate- oder Zwischenverbindungs-Leitung oder -Linie. Die weitere Verarbeitung ist möglich, wie beispielsweise unter Verwendung des sich ergebenden Aluminiummusters als eine positive Ätzmaske zum Bemustern des darunterliegenden Materials.
Von J.L. Falconer, S.D. Bischke und G.J. Hanna wurde in Surface Science 131, 455 (1983) festgestellt, daß ein Elektronenstrahl mit einer C02-Atmosphäre dazu verwendet werden kann, die Oxidausbildung auf Aluminium zu verbessern, obwohl berichtet wird, daß das Oxid nicht stabil ist, wenn nicht das CO~ aus der Gasphase entfernt wird, während der Strahl die Oberfläche weiterhin bestreicht.
Für Massenspeicherzwecke ist die direkte StrahlSchreibung auf empfindliche Schichten bekannt. Beispielsweise kann ein fokussierter Laserstrahl auf InGaSb-Legierungsschichten aufgebracht werden, wobei danach die Schicht explosiv kristallisiert ist, was zur Folge hat, daß nichtbelichtete Schichtgebiete eine rauhe Oberfläche annehmen, während die belichteten Schichtgebiete eine glatte Oberfläche behalten, die durch Rastern unter einem Laserstrahl gelesen werden können, was alles in C.W. Wickersham, J. Vac. Sei. Technol. A 1(4), 1857 (1983) beschrieben ist.
Die oben angegebenen Beispiele und die Beschreibung vom Stand der Technik zeigen die Wichtigkeit der Lithographie
Αφ
rait sehr hoher Auflösung auf vielen Gebieten der Technologie. Entwicklungen, die neue Techniken, Vereinfachungen existierender Techniken oder Verbesserungen bekannter Techniken vorsehen, liefern wichtige Vorteile für möglicherweise alle erwähnten Gebiete und auch andere.
Zusammenfassung der Erfindung. Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben zur Ausbildung von Submikronstrukturen, insbesondere Strukturen, die eine Merkmalsbreite so klein wie annähernd TO nm besitzen.
Ein weiteres allgemeines Ziel der Erfindung besteht darin, ein vereinfachtes Verfahren anzugeben zur Ausbildung von Strukturen mit hoher Auflösung, wobei viele Strukturarten direkt auf oder in ein Substrat beschrieben werden können, das als das Endmaterial der Struktur dient.
Ein weiteres allgemeines Ziel der Erfindung besteht darin, eine Alternative für die traditionellen Polymerharzphotoresistmaterialien vorzusehen, die bei lithographischen Verfahren in der Herstellung von Mikrostrukturen verwendet werden.
Ein spezielleres Ziel der Erfindung besteht darin, die Herstellung von Verbindungslinien zu ermöglichen, und zwar durch direktes Schreiben von Resistmustern auf metallisierte Schichten unter einem Elektronenstrahl, worauf dann die nichtbeschriebenen Teile der Schicht weggeätzt werden.
Ein weiteres spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren vorzusehen für die Herstellung von hoch aufgelösten Halbleitervorrichtungen durch direktes Schreiben von negativen Resistmustern auf einer metallisierten Schicht über einem Siliziumwafer, durch selektives Wegätzen zum
Freilegen der gewünschten Halbleitergebiete, durch Dotieren dieser Gebiete und sodann durch die Entfernung des Rests der metallisierten Schicht und des Resistüberzugs.
Ein weiteres spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, die Schaffung von direkt geschriebenen brauchbaren Strukturen zu ermöglichen, wie beispielsweise hochdichten Informationseinheiten für Massenspeicher durch die Aufbringung von Elektronenstrahl in geeigneten Gasphasenatmosphären zur Induzierung der Anhaftung von Submikrondatenindizia.
Ein weiteres spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, die Schaffung von direkt geschriebenen Halbleitervorrichtungszonen vorzusehen, und zwar durch die Behandlung von geeignetem Substratmaterial, wie beispielsweise Silizium mit einem Elektronenstrahl in einer Atmosphäre aus Gasphasenmaterial, welches ein Dotiermittel als ein Dissoziationsprodukt enthält, so daß das Dotiermittel in der Siliziumgitterstruktur kombiniert wird, um eine Halbleitervorrichtung unter der Wirkung des Strahls zu bilden.
Gemäß einem Verfahren zur Herstellung von hoch aufgelösten Submikronstrukturen durch Elektronenstrahl verstärkte Oberflächenmodifikation eines Substrats sind folgende Schritte vorgesehen: Als erstes wird eine Substratoberfläche innerhalb einer Atmosphäre aus einem Partialdruck eines ausgewählten Gasphasenmaterials angeordnet, das dann, wenn es einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird, in der Lage ist, als Dissoziationsprodukte ein Reaktionsfragment und eine stabile gasförmige verbleibende Gruppe zu bilden. Als nächstes wird ein Strahlbelichtungsmuster direkt auf die Substratoberfläche geschrieben, und zwar durch Aufbringung eines Elektronenstrahls von Submikronbreite durch das Gasphasenmaterial, um dessen Dissoziation in dem Auftreffgebiet des Strahls und der Substratoberfläche zu bewirken. Die Aufbringung des Strahls wird in dem ausge-
wählten Muster für eine Zeitspanne und eine Dosis fortgesetzt, die ausreicht, um eine gebundene Oberflächenverbindungsstruktur aus dem Reaktionsfragment und dem Substratmaterial zu bilden, wobei die Substratoberfläche in dem Strahlbelichtungsmuster örtlich überzogen wird.
Sodann kann die Substratoberfläche durch selektive Mittel geätzt werden, um das nichtüberzogene Substratmaterial bevorzugt gegenüber der Entfernung der Öberflächenverbindungsstruktur zu entfernen.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung? in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Seitenschnittansicht eines Substrats,
welches einen Metallschichtüberzug trägt, wobei eine Verbindungsleitung auf der Oberseite gemäß Beispiel A ausgebildet ist;
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, wobei aber hier
die Struktur gezeigt ist, die sich bei der Entfernung der nicht geschützten Metallschicht zur Freilegung des Substrats gemäß Beispiel A ergibt;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, wobei aber hier
die Struktur gezeigt ist, die sich beim Ätzen der Struktur gemäß Fig. 2 entsprechend Beispiel A ergibt;
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 1, wobei aber hier
die Struktur gezeigt ist, die sich bei der weiteren Ätzung der Struktur der Fig. 3 gemäß Beispiel A ergibt;
/ι?
Fig. 5 ist eine Querschnittsseitenansicht der vorläufigen Struktur zur Bildung einer Halbleitervorrichtung gemäß Beispiel B;
Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 5, wobei aber
hier die Struktur gezeigt ist, die sich beim Ätzen der Oberfläche der Fig. 5 gemäß Beispiel B ergibt;
Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 5, wobei aber
hier die Struktur gezeigt ist, die sich bei der Dotierung der Oberfläche der Fig. 6 gemäß Beispiel B ergibt;
Fig. 8 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 5, wobei aber
hier die Struktur gezeigt ist, die sich beim Ätzen der Oberfläche der Fig. 7 gemäß Beispiel B ergibt;
Fig. 9 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Mas-
senspeichervorrichtung gemäß Beispiel C;
Fig. 10 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Verfahrens zum Dotieren von Halbleitermaterialien gemäß Beispiel B;
Fig. 11 ist eine Ansicht ähnlich Fig. TO, wobei hier
eine Halbleitervorrichtung, gebildet durch das Verfahren von Beispiel C gezeigt ist.
Ins einzelne gehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele. Die elektronenstrahl-verstärkte Musterbildung auf einer Metallschicht dient zum Vorsehen des direkten Schreibens einer hoch aufgelösten Struktur oder eines Musters, das entweder als die Vorrichtungsstruktur selbst oder als eine
Maske zur Herstellung von Strukturen im Substrat hergestellt wird. Das Arbeitsverfahren umfaßt die Schaffung oder Auswahl einer Metalloberfläche, entweder in der Form einer Masse oder als dünner Schicht; die Aufbringung eines Elektronenstrahls auf die Metalloberfläche in der Anwesenheit eines Gasphasenmaterials, das in der Lage ist, mit der Metallschicht unter dem Elektronenstrahl zu reagieren, um eine Oberflächenverbindung und eine stabile gasförmige verbleibende Gruppe zu bilden; Leiten des Strahls auf die ausgewählte Oberfläche in einem vorbestimmten Muster für eine ausreichende Zeit und mit einer ausreichenden Dosis zur Bildung eines stabilen Schichtmusters, bestehend aus einer Verbindung aus dem Metall und einem Zerlegungsprodukt des gasförmigen Reaktanten {Reaktionsmittel), und selektives Ätzen des Metalls zur Entfernung des Metalls zwischen den Musterlinien oder -leitungen.
Die Substratmaterialien, für die ein Elektronenstrahl selektiv die Oxidation erhöht oder andere Oberflächenverbindungsstrukturen hervorruft, umfassen im allgemeinen die Übergangsmetalle, obwohl nicht auf alle in der gleichen Weise eingewirkt wird, sowie ferner andere Metalle, welche die festgelegten Grundkriterien erfüllen. Die Kriterien, nach denen die Substratmetalle ausgewählt werden, sind zweifacher Natur. Als erstes muß bezüglich der Metalle, mit denen ein Oxid gebildet werden soll, die Standardbildungswärme des Oxids und die Standardbildung der freien Energie des Oxids groß genug sein, damit das Oxid bei allen Betriebsbedingungen, unter denen die Struktur verwendet wird, stabil ist. Von einem thermodynamischen Gesichtspunkt aus gesehen sollte ein vernünftiger Wert für den Absolutwert von sowohl der Standardbildungswärme oder der freien Standardbindungsenergie größer sein als annähernd 80 kcal pro Mol pro Metallatom, was durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden kann.
q > (80 kcal./Mol)/Metallatom
4 F
> (8Ό kcal. /Mol) /Metallatom,
dabei ist Δ.Η die Standardbildungswärme, Δ F ist die freie Standardbindungsenergie und die Indizes geben an, daß eine normalisierte Menge ausgedrückt wird, in der die Menge modifiziert ist, um anzuzeigen, daß die Energie pro Metallatom und nicht die Energie pro Mol-Verbindung ausgedrückt ist. Metalloxide mit Werten unterhalb dieser angegebenen Minimumwerte können wahrscheinlich nicht die notwendige Stabilität besitzen und sind der spontanen Zerlegung ausgesetzt oder gestatten die Sauerstoffdiffusion von dem Strahlauftreffgebiet weg, was die Lokalisierung einer verbesserten oder verstärkten Oxidstruktur schwer beibehalten würde.
Zweitens müssen die Oberflächen oder Massenbeweglichkeiten der diffundierenden Art klein genug sein, damit die Oxidstruktur gewachsen und bei Betriebstemperaturen stabilisiert werden kann. Da die Temperatur, bei der die Oberflächenmobilität eines Adsorbats (das, was adsorbiert wird) bei annähernd dem 0,3fachen des Schmelzpunktes des Metalls signifikant wird, und zwar ausgedrückt in Grad K, wird das Kriterium für die thermische Stabilität durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
To<°·3 TMP '
dabei bezieht sich T auf die maximale Betriebstemperatur für die Oberflächenstruktur, T bezieht sich auf die Temperatur des Schmelzpunktes.Den beiden obigen Kriterien genügende Metalle sollten in der Lage sein, ein stabiles Oxid zu bilden, und zwar beschränkt auf die Strahlauftreffzone.
Im folgenden wird eine Gruppe von Elementarmetallen angegeben, die die obigen Kriterien erfüllen: Aluminium, Antimon, Barium, Beryllium, Bor, Kalzium, Chrom, Eisen, Magnesium, Mangan,
Molybdän, Silizium, Strontium, Tantal, Zinn, Titan, Wolfram, Uran, Vanadium, Zink und Zirkon. Zudem können Legierungen dieser Elemente, wie beispielsweise rostfreier Stahl, als geeignete Substrate dienen.
Trotz der Tatsache, daß die thermodynamischen und Schmelzpunktkriterien erfüllt werden, sind gewisse Anomalien in dem Metall- und Oxid-Verhalten zu erwarten und insoferne ist eine besondere Betrachtung der vorgeschlagenen Metalle vorteilhaft. Beispielsweise wurde berichtet, daß Sauerstoff die Tendenz besitzt, in das Kristallgitter von Silizium zu diffundieren und nicht örtlich an einem Oxidfleck zu verbleiben. Bei bestimmten Metallen tritt das Oxidwachstum unter dem Elektronenstrahl durch Diffusion von Sauerstoff zur Metallzwischenfläche (interface) auf, wo das Oxidwachstum geschieht. Bei anderen Metallen diffundiert das Metallatom durch die Oxidschicht zur Oberfläche und neues Oxidwachstum erfolgt auf der Außenoberfläche des vorhandenen Oxids. Der erste Mechanismus bietet eine Möglichkeit für die Diffusion des Sauerstoffs in das Metallkristallgitter ohne die Bildung eines stabilen Oxids, während der zweite Mechanismus die Tendenz hat, ein stabiles Oxid zu erzeugen. Es ist daher zu erwarten, daß für die Verwendung ungeeignete Metalle irgendeine Metalloxidierung durch den ersten Mechanismus aufweisen, und zwar zusätzlich zu anderen Metallen, die die erwähnten Kriterien erfüllen, aber mit Oxidwachstum nicht passivieren, wobei Beispiele Natrium und Eisen sind.
Die bevorzugten Hintergrundgase für die Verwendung in der Vakuumumgebung werden entsprechend den Erfordernissen des Reaktionsmodells vorgeschlagen, das derzeit zur Erklärung des Verfahrens verwendet wird. Speziell wird vorgeschlagen, daß in der Vakuumkammer das gasförmige Reaktants auf der Oberfläche des Substratmetalls adsorbiert wird. Unter der Energie des Elektronenstrahls wird das Hintergrundgas dissoziiert, und
XA
zwar auf oder nahe der Metalloberfläche, wobei eines oder mehrere Dissoziationsprodukte gebildet werden, die chemisch auf der Metalloberfläche sorbiert werden. Eines der Dissoziationsprodukte, welches als die stabile austretende oder verbleibende Gruppe bezeichnet wird, kann schnell unter der Wirkung des Elektronenstrahls desorbiert werden. Ein weiteres Dissoziationsprodukt, welches als des Reaktantsfragment bezeichnet wird, kann chemisch auf der Metalloberfläche sorbiert (chemisorbiert) werden, und zwar für die darauffolgende chemische Bindung unter der Energie des Elektronenstrahls. Das fortgesetzte Elektronenbombardement der Substratoberfläche hat eine Aktivierung der Oberflächenkomponenten auf und nahe der Strahlauftreffläche auf der Oberfläche zur Folge, was eine nichtstöchiometrische Oberflächenverbindung bildet, die weiter reagiert bis eine stabile stöchiometrische Verbindung gebildet wird. Da der Strahl die Substratoberfläche auf eine beträchtliche Tiefe durchdringt, ist zu erwarten, daß das Massenmetall unter dem Strahl reagieren wird, was ein drei-dimensionales Wachstum einer nichtstöchiometrischen Verbindung bewirkt, bis das System Gleichgewicht erreicht und stöchiometrisch wird.
Gemäß dem vorgeschlagenen Reaktionsmodell sind die Dissoziation des Hintergrundgases und die Oberflächenbindung mit dem Substrat gesonderte Prozesse, die mit unterschiedlichen Querschnitten und somit unterschiedlichen Raten oder Geschwindigkeiten erfolgen. Die Dissoziation und Desorption eines Produkts kann schnell auftreten, wobei das zweite Produkt zurückbleibt, und wobei das Reaktantsfragment an der Oberfläche bei einem erhöhten Konzentrationsniveau adsorbiert wird. Die vorzeitige Beendigung des Elektronenstrahls kann zur Folge haben, daß das zweite Produkt über die Substratoberfläche durch thermische Prozesse oder Diffusion in das Substrat wandert. Die fortgesetzte Anwendung des Strahls am Substrat stabilisiert jedoch das zweite Produkt auf dem Substrat an der
Strahlzielstelle durch Bildung einer chemisch gebundenen Schicht. Die Tiefe dieser Schicht ist eine Funktion der Zeit, der Stromdichte, des Querschnitts für die aktive Verbindungsbildung und der Diffusionskinetik des adsorbierten Produkts.
Das Kriterium für die Auswahl des Hintergrundgases ist daher dasjenige, das es nämlich eine stabile gasförmige entstehende oder verbleibende Gruppe nach Dissoziation haben soll; es wird deutlich bevorzugt, daß die verbleibende Gruppe durch das Vakuumsystem gepumpt werden kann, so daß diese Gruppe nicht bei der Bildung eines stabilen Oxids· oder einer anderen Oberflächenverbindung stört, die zwischen dem Substrat und dem zweiten Dissoziationsprodukt gebildet wird. Eine entstehende oder verbleibende Gruppe, die nicht durch das Vakuumsystem gepumpt wird, könnte ansonsten an der Substratoberfläche adsorbiert verbleiben und die Bildung der gewünschten Oberflächenstruktur stören. Gewisse entstehende Gruppen, wie beispielsweise N2 könnten für die Bildung eines Oberflächenstrukturoxids harmlos sein. In gewissen Fällen, wie beispielsweise bei der Verwendung von O»-Gas wird keine entstehende Gruppe gebildet, da es zu erwarten wäre, daß das dissoziierte Molekül zwei äquivalente Produkte bilden würde, die beide gleichermaßen in die Oberflächenstruktur eintreten können. Diese Situation ist äquivalent zur Bildung einer stabilen entstehenden Gruppe, die in diesem Fall eine Null-Gruppe ist.
Diejenigen Gase, die zumindest für die Bildung von Oxidoberflächenstrukturen auf Metallen als geeignet angesehen werden, sind die folgenden: Kohlendioxid (CO2), Stickoxydul (N2O), Stickstoffdioxid (NO2), Wasserdampf (H2O) und Sauerstoff (O2). Die entsprechenden entstehenden oder verbleibenden Gruppen sind: CO, N2, NO, H2 und die Null-Gruppe.
Das Auftreffen eines Elektronenstrahls auf die Oberfläche
des ausgewählten Materials wird gemäß bekannter Verfahren ausgeführt, wie beispielsweise durch die Verwendung einer Vakuumkammer unter Verwendung eines entsprechenden Vakuums, welches gestattet, daß der Strahl die Substratoberfläche erreicht. In der gleichen Vakuumkammer kann das Substrat als eine dünne Schicht auf einem darunterliegenden Körper aus einem oder mehreren Materialien abgeschieden sein, wodurch ein Substratstapel gebildet wird. Der Elektronenstrahl kann durch ein Abtastelektronenmikroskop (SEM) geliefert werden, oder durch im Handel verfügbare Elektronenstrahllithographie-Ausrüstungen. Obwohl mehrere Beispiele für die Strahlkonfiguration unten angegeben sind, so sei doch bemerkt, daß sie als Beispiel erwähnt sind und nicht notwendigerweise zur Demonstration einer optimalen Strahlkonfiguration entwickelt wurden. Die Bildung eines stabilen Musters auf der Substratoberfläche ist ohne weiteres durch die Verwendung der Auger-Elektronenspektroskopie detektierbar, und zwar unter Verwendung des Elektronenstrahls als die Anregungsquelle. Die Auger-Spitzen für die entsprechenden Arten, das Substratmaterial und das kombinierte Oberflächenstrukturmaterxal können beobachtet werden, wobei die Detektion des zuletzt erwähnten Signals eine positive Anzeige einer hinreichenden Strahlaussetzung vorsieht, um eine stabile Oberflächenstruktur aus dem Reaktants und dem Substratmaterial zu bilden.
Ätzverfahren zur Entfernung von Teilen der Substratschicht sind in gleicher Weise bekannt· Beispielsweise wird bei bestimmten Materialien das chemische Ätzen, beispielsweise mit einer Säure verwendet. Das Ionenfräsen oder das reaktive Ionenätzen ist auch geeignet. Brauchbare Ätzverfahren müssen eine selektive Wirkung vorsehen, gemäß der eine Substratoberfläche bevorzugt gegenüber einer anderen entfernt wird, so daß ein Muster in oder auf dem Substrat gebildet wird, welches als nach der Ätzung verbleibendes Produkt übrig bleibt. Eigenschaften wie Härte, Dicke, chemische Säurebeständigkeit, Photo-
degradierung und Ionendegradierung sind sämtlich Beispiele, die bei der Bestimmung berücksichtigt werden müssen, welche Ätzart für einen speziellen Fall geeignet ist.
Bei durchgeführten Oxidationsexperimenten an 180 nm dünnen Aluminiumschichten, aufgedampft auf Quartzsubstrate, wurde die Arbeitsweise des Verfahrens in Anwesenheit von Kohlendioxidgas wie folgt bestätigt.
Beispiel 1: Oxid wurde unter einem 2 keV Primärelektronenstrahl, 1,3 Mikrometer FWHM, 2nA Strahlstrom (150 mA/cm2) und annähernd 47 kL Belichtung gewachsen. Ein Gasstrahl wurde verwendet, der einen örtlichen Druck an der Probe ungefähr zwei Größenordnungen größer als das System gestattete. Das Wachstum der lokalisierten Aluminiumoxidstruktur unter dem Strahl wurde durch Auger-Elektronenspektroskopiesignale für Aluminiumoxid, Aluminiummetall und Sauerstoff bestätigt.
Beispiel 2: Ein weiteres Experiment wurde mit einer Strahlenergie von 10 keV, einer Strahlgröße von 0,11 Mikrometer FWHM und einer Belichtung von 12600 L durchgeführt. Die Strahlgröße wurde sodann vermindert und die Sauerstoffintensität wurde überwacht als Funktion des Abstandes. Die sich ergebende Aluminiumoxidstruktur hatte ein FWHM von 0,68 Mikrometer oder ungefähr das Sechsfache des Strahl FWHM.
Bei Experimenten zur Bestimmung der Tiefe der Oxidbildung aus Aluminium wurden Tiefen von 4,8 nm und 22 nm angegeben, was zeigt, daß der Oxidüberzug,gebildet unter einem Elektronenstrahl, dicker ist als die Passivierungsschicht, die normalerweise auf Aluminium in Luft oder Sauerstoff gebildet wird.
Experimente ähnlich zu denen, die Kohlendioxid verwenden, wurden unter Verwendung von Stickoxidul ( N-O) ausgeführt. Ein Aluminiumsubstrat wurde einem 5 keV Elektronenstrahl,
1 Mikrometer FWHM, 10 nA und 489 kL N3O beispielsweise ausgesetzt und zeigte einen Oxidwachstum ähnlich dem, wie er bei einem Partialdruck von CO2 beobachtet wurde.
Unter den brauchbaren Mustern, die durch den beschriebenen Prozeß erhalten werden können, und zwar angewendet auf Aluminium oder andere Metalle oder Halbleiter, sind Kontakte, leitende Pfade, neue Vorrichtungsstrukturen unter Verwendung hoch aufgelöster Oxidzonen und eine erhöhte Dichte aufweisende Massenspeichervorrichtungen. Das Ausmaß der räumlichen Auflösung, die bei diesem Verfahren möglich ist, ist in erster Linie durch den Durchmesser des Elektronenstrahls begrenzt, übliche Praxis für hoch Auflösungs-SEM-Hersteller ist es ElektronenStrahldurchmesser von weniger als 10 nm zu erreichen. Es kann daher vernünftigerweise erwartet werden, daß Oxidstrukturen mit charakteristischen Dimensionen von 50 nm oder weniger unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens gebaut werden können. Weitere Einzelheiten der Herstellung der Submikronstrukturen sind in den folgenden Absätzen erläutert.
A. Die Mikroschaltungskonstruktion verwendet derzeit die Photolithographie zum Vorsehen der Leiterkonstruktion, die die aktiven Zonen des Substrats verbinden. Die innenwohnende Grenze der Auflösung bei der Verwendung solcher Verfahren ist die Wellenlänge des verwendeten Lichts - ungefähr 0,5 Mikrometer. Wie unten speziell,unter Bezugnahme auf Aluminium beschrieben, kann eine Metallsubstratschicht abgelegt oder aufgebracht werden, welche die gesamte darunterliegende Substratoberfläche abdeckt. Dünne Oxidpfade können dann konstruiert werden, und zwar unter Verwendung eines gerasterten programmierten Elektronenstrahls in einem CO2 oder N3O Gasphasenhintergrund, wodurch die ordnungsgemäßen Verbindungen zwischen sämtlichen aktiven Vorrichtungszonen geschaffen werden, und wobei die Auflösung der Pfade nur durch den Durchmes-
ser des Elektronenstrahls begrenzt ist. Nachdem die Pfade durch die richtige Strahldosierung stabilisiert sind, wird das Substrat chemisch geätzt, beispielsweise mit HCl oder durch reaktive Ionenätzung, um die Oberfläche der Metallschicht selektiv zu entfernen, wobei eine leitende Leitung unter der dünnen Oxidschicht zurückgelassen wird. Die Wiederholung von Oxidation, Metallisation und Ätzschritten gestattet die Herstellung eines drei-dimensionalen Verdrahtungsnetzwerkes in der Mikroschaltung.
In einem speziellen auf Aluminiummetall angewandten Beispiel, wobei darauf hinzuweisen ist, daß Aluminium bei der Herstellung von mikroelektronischen Schaltern in großem Umfang als ein Mustermaterial verwendet wird, wird ein brauchbares Muster, wie beispielsweise eine Verbindungsleitung auf einer dünnen Aluminiumschichtoberfläche ausgebildet, wie dies in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird eine dünne Schicht aus Aluminium 20 , beispielsweise 100 bis 200 nm dick, auf der Oberfläche eines geeigneten Substrats oder Substratstapels (22) durch Verdampfung, wie beispielsweise auf einem Substrat aus Silizium ausgebildet, und zwar in einem Vakuumhintergrund von weniger als 1x10 Torr. Die sich ergebende Schicht ist im wesentlichen frei von nativem Oxid, während sie sich im Hintergrundvakuum befindet. Das Gasphasenmaterial wie beispielsweise CO9 wird
—6 —6
zugelassen, bis ein Druck von 2x10 bis 4x10 Torr erhalten ist. Ein Elektronenstrahl von 0,5 bis 10 keV wird an die dünne Aluminiumschicht angelegt, und zwar unter Verwendung eines Rasters und eines Gate- oder Tastverfahrens, um ein vorgewähltes Verbindungslinienmuster 24 zu definieren und aufzufrischen. Die Belichtung wird für eine Zeitperiode fortgesetzt, während welcher sich das Auger AlO Signal aufbaut, wobei eine solche Periode üblicherweise von 1 Minute bis 20 Minuten reicht. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird folgend auf die Bildung eines stabilen Musters und während
der Aufrechterhaltung des Vakuums die Aluminiumschicht dem reaktiven Ionenätzen ausgesetzt, um das Substrat 22 freizulegen mit Ausnahme dort, wo dies durch das beständigere Oxid 24 verhindert ist. Das auf dem Substrat 22 verbleibende Aluminiummuster 20· ist ein Positiv des gewünschten Musters und als eine Verbindungslinie der ausgewählten Mustergeometrie brauchbar. Eine restliche dünne Oxidschicht 24' kann oder kann auch nicht auf dem Aluminiummuster 20' nach Vollendung des Ätzprozesses verbleiben.
Die weitere Verarbeitung mit dem Muster 20' ist in Fig. 3 gezeigt gemäß bekannten Verfahren möglich, wie beispielsweise unter Verwendung des Musters 20' als eine Maske zur Bildung eines gewünschten Musters 26 im Substratstapel 22, wobei die Aluminiumzwischenverbindung 20" beibehalten bleibt. Wahlweise könnte das Aluminium 20' durch einen weiteren Ätzprozeß entfernt werden, wobei nur das gewünschte Muster 26 im Substratstapel zurückbleibt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
B. Halbleiterverbindungen oder andere aktive Plätze können, wie in den Fig. 5 bis 8 gezeigt,-durch Verwendung der Eigenschaft des Oxids als ein Resistmaterial zu arbeiten,ausgebildet werden. Bei diesem Prozeß wird das Substrat 30 ausgewählt, beispielsweise ein Siliziumwafer zu sein. Als zweites wird der Wafer mit einer dünnen Schicht 32 aus Aluminiummetall überzogen. Drittens wird dann ein gerasterter Elektronenstrahl auf die gesamte Oberfläche des Substrats angelegt oder aufgebracht, um eine verstärkte Schicht aus Oxid 34 aufzubringen, und zwar mit Ausnahme derjenigen Gebiete 36, wo Vorrichtungen gebildet werden sollen. Weil die feine Auflösung mit einem Elektronenstrahl möglich gemacht wird, so verbleiben die Vorrichtungsgebiete 36 mit sauberem Aluminium bedeckt. Wie in Fig. 6 gezeigt,wird eine reaktive Ionenätzung des überzogenen Substrats das saubere Aluminium 32 an
den Vorrichtungsgebieten 36 entfernen und die darunter" liegenden Substratgebiete 38 freilegen. Die freigelegten Substratgebiete 38 können, wie in Fig. 7 gezeigt, mit konventionellen Verfahren dotiert werden, wie beispielsweise durch die thermische Diffusion oder Ionenimplantation, durch die Erzeugung dotierter Zonen 40 in der Oberfläche des Siliziumwafers an den Gebieten 38. Als nächstes werden, wie in Fig. 8 gezeigt, die volle Oxidschicht 34 und die Aluminiumoxidschicht 32 weggeätzt, wobei eine saubere Substratoberfläche 42 zurückbleibt, die hoch definierte aktive Zonen 40 aufweist, wo die Dotierung erfolgte. Die aktiven Zonen 40 können miteinander verbunden werden durch die Verwendung des Verfahrens zur Bildung von Zwischenverbindungslinien oder Leitungen, wie dies oben beschrieben wurde.
C. Die Herstellung einer Massenspeichervorrichtung wird möglich gemacht durch die Fähigkeit, feine Punktstrukturen auf die Metalloberfläche in Anwesenheit einer geeigneten Gasphase zu schreiben. In Fig. 9 ist eine Platte aus Aluminium oder eine Scheibe aus einem anderen Substrat 50 mit einer dünnen kontinuierlichen Schicht 52 aus Aluminium überzogen, um als das Speichermedium zu dienen. Digitalinformation kann auf der Seheibe unter Verwendung von Oxidpunkten 54 und sauberen Aluminiumgebieten 56 als die zwei Digitalzustände aufgezeichnet werden. Die Platte kann die Information gemäß bekannter Index-Verfahren aufnehmen unter Verwendung einer Vielzahl von vorbestimmten Stellen als Datengebieten, von denen ausgewählte sauber verbleiben, während andere dem Elektronenstrahl verstärkten Punktwachstum ausgesetzt werden. Die Oxidpunkte werden mit den oben beschriebenen Elektronenstrahlverfahren aufgewachsen, und da der Strahl leicht gerastert und positioniert ist, kann das Aufzeichnungsmedium stationär verbleiben.
Der Zustand jedes definierten Punktes kann mit dem Elektronen-
strahl gelesen werden, und zwar durch irgendein Verfahren, ausgewählt aus einer Vielzahl von Verfahren, die allgemein als "Elektronenstrahlanalyseverfahren" bezeichnet werden. Zu diesem gehört die Detektion irgendeines Strahlprodukts oder Nebenprodukts, das in der Lage ist, Daten direkt oder indirekt zu liefern, welche eine Anzeige für eine detektierte Oberflächenverbindung auf einer Platte geben, wie beispielsweise die Elektronenstrahlanalyseverfahren, die beispielsweise (was aber nicht beschränkend verstanden werden soll),rückgestreute Elektronen verwenden, durchgelassene Elektronen, absorbierten Strom, Sekundärelektronen, Auger-Elektronen und Röntgenstrahlemissionen. Die Punktpackdichte, basierend auf der Erzeugung von Punkten von einigen wenigen Zehnern von Nanometern im Durchmesser können in der Grös-
12
senordnung von 10 Bits/cm2 liegen, was einen Anstieg um zwei Größenordnungen bedeutet, und zwar vergleichen mit den Standards derzeitiger Massenspeicher, bei denen die Datenpunkte einige wenige hundert Nanometer im Durchmesser sind.
Alternativ kann der Zustand der Oberfläche durch andere Mittel überprüft werden. Der Brechungsindex des Oxids unterscheidet sich deutlich von dem des Metalls, was die Detektion von Oxidpunkten durch einen optischen Abtaster gestattet. Es sei bemerkt, daß die derzeitige Technologie die Fokussierung eines Lichtstrahls auf eine Struktur mit einer Feinheit von 10 nm nicht gestattet, was eine innenwohnende Grenze für die mit optischen Verfahren verfügbare Auflösung schafft. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt zur Verwendung bei einer Massenspeichervorrichtung besteht darin, die Metallplatte vor der Oxidation derart vorzubereiten, daß die oxidierten Punkte als unterschiedliche Farben und unterschiedliche Schattierungen von Farbe auftreten, was die Verwendung der optischen Abtastverfahren mit Mehrfachlichtstrahlen unterschiedlicher Farben gestattet, um die Reflexion und Absorption bei verschiedenen Frequenzen über eine defi-
nierte Zone von Punkten hinweg festzustellen, wodurch die erhöhte Dichte der strahlgeschriebenen Platte ausgenutzt wird. Verschiedene Metallionen sind bekannt, um Oxiden Färbung zu erteilen, beispielsweise verschiedene Färbungen von Aluminiumoxid (farblos, blau, gelb, purpur, grün, rosa und rot). Die ausgewählten Metalle können in das Substrat an den gewählten Stellen eingebaut sein, und zwar durch eine Kombination der Maskierung und Diffusion oder in einigen Fällen durch Ionenimplantation. Standardverfahren wie beispielsweise Ionenätzen können verwendet werden, um die auf einer Platte als die beschriebenen Punkte gespeicherte Information auszulöschen. Nach der Auslöschung wird die Platte oder irgendein spezieller Teil davon aufgefrischt und ist für den erneuten Gebrauch bereit.
D. Gemäß einer Veränderung des offenbarten Verfahrens können Halbleitermaterialien mittels Elektronenstrahl induzierter Zerlegung dotiert werden, um aktive Vorrichtungszonen zu erzeugen. Die Größe der vorliegenden elektronischen Vorrichtungen ist begrenzt durch die verwendeten photolithographischen Verfahren und durch die Verschmierung von Grenzzonen durch Ionenimplantation und thermische Diffusionsverfahren, verwendet zum Einsetzen von Störstellenatomen in das Gastgitter. Wie in Fig. 10 gezeigt, können diese Probleme überwunden werden, und zwar als erstes durch Herstellung eines Substrats 60 aus Halbleitermaterial, wie beispielsweise n-Typ oder p-Typ Silizium, und sodann durch die Belichtung des Substrats mit einem Dotiermittel in einer Gasphase in einer Vakuumumgebung, wobei einige Moleküle 62 auf der Substratoberfläche 64 adsorbiert werden. Das Gasphasendotiermittel kann eine Verbindung oder ein Komplex sein, der das gewünschte Dotieratom in Verbindung mit Komponenten führt, die sich in eine oder mehrere stabile verbleibende Gruppen zerlegen kann, und zwar an der Oberfläche des Substrats. Mindestens während der Periode der Vorrichtungsherstellung kann das
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Substrat gekühlt werden, beispielsweise durch flüssigen Stickstoff auf -1900C, um den thermischen Diffusionsprozeß auf eine vernachlässigbar kleine Rate zu reduzieren, die normalerweise die p-n übergänge im Substrat bildet. Das Gasphasendotiermittel wird sodann dem Elektronenstrahl 66 ausgesetzt, der auf einen feinen Punkt auf dem Substrat fokussiert ist, und zudem wird der Strahl derart gewählt, daß er einen hohen Dissoziationsquerschnitt für die gewünschte Art gibt, so daß das gewünschte Dotieratom auf der Substratoberfläche abgeschieden wird, und der Rest des Moleküls desorbiert in das Vakuum und stört die weitere Reaktion nicht.
Bei der weiteren Belichtung gegenüber dem Elektronenstrahl wird, wie in Fig. 11 gezeigt, das adsorbierte Dotiermittelatom in das Substrat gitter eingebaut und kann in die Masse des Gitters in dem Elektronenstrahlwechselwirkungsvolumen diffundieren, wobei eine p-n Grenzschicht 70 der speziellen Oberflächendimension und Tiefe gebildet wird. Das Verfahren kann mit Mehrfachstrahlen von unterschiedlicher Energie fokussiert im wesentlichen in dem gleichen Punkt durchgeführt werden, wobei die Anwendung eines ersten Strahls möglich gemacht wird, dessen Energie für einen großen Dissoziationsquerschnitt des Trägermoleküls gewählt wird, und die Auswahl eines zweiten Strahls mit seiner Energie, ausgewählt zum Erzielen eines großen Aktivationsquerschnittes des Substrats. Das Substratgitter wird modifiziert, um die fein strukturierten p-n Übergänge an Mehrfachstellen zu enthalten, die durch die oben beschriebenen Verfahren zur Aufbringung von Zwischenverbindungsleitungen verbunden werden können.
Im Beispiel des Absatzes D kann das anfängliche Substrat 60 nichtdotiertes Silizium sein, wobei in diesem Falle aktive Vorrichtungszonen gebildet werden durch anfängliche Dotierung der gewünschten Zonen mit einem ersten Dotiermittel gemäß
dem offenbarten Verfahren und wobei die weitere Dotierung der gleichen Zonen oder benachbarter Zonen mit einem Dotiermittel einer unterschiedlichen Art erfolgt, wie oben beschrieben, um die Halbleitervorrichtungszonen 70 zu vollenden.
E. In einer Erweiterung des oben erwähnten Verfahrens für die Bildung dotierter Halbleitermaterialien kann eine zweidimensionale Anordnung aktiver Schaltungselemente auf einem Substrat in der dritten Dimension erweitert werden. Eine Autooder Hetero-Epitaxialschicht kann über dem Originalsubstrat gewachsen werden, und durch Wiederholung des Schaltungskonstruktionsprozesses kann eine zusätzliche Schicht aus Schaltungselementen auf dem gleichen Substrat geschaffen werden. Zusätzliches Epitaxial-Wachstum und Schaltungserzeugung expandiert die dreidimensionale Anordnung, wobei leitende Leiter zur Seite des Blockes zu Anschlußzwecken gebracht werden.
Zusammenfassend sieht die Erfindung folgendes vor:
Ein Verfahren zur Ausbildung von Submikronstrukturen mit hoher Auflösung auf einem Substrat wird vorgesehen durch direktes Schreiben mit einem Submikronelektronenstrahl in einem Partialdruck einer ausgewählten Gasphase, gekennzeichnet durch die Fähigkeit unter dem Strahl zu dissoziieren in eine stabile gasförmige entstehende oder verbleibende Gruppe und ein Reaktions- oder Reaktantsfragment, das sich mit dem Substratmaterial unter Strahlenergie kombiniert, um mindestens eine Oberflächenverbindung zu bilden. Variationen des Verfahrens liefern Halbleitervorrichtungszonen auf dotierten Siliziumsubstraten, Verbindungslinien oder Leitungen zwischen aktiven Stellen, dreidimensionale elektronische Chipstrukturen, Elektronenstrahl- und optische Lese-Massenspeichervorrichtungen, die farbunterschiedene Datengebiete aufweisen können und Resistgebiete zur Verwendung mit selektiven Ätzverfahren.
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Claims (25)

R 8141 Patentansprüche
1. Verfahren zur Definition von eine hohe Auflösung aufweisenden Submikronstrukturen auf einer Substratoberfläche, wobei folgendes vorgesehen ist:
(a) Anordnen einer Substratoberfläche innerhalb einer Vakuumkammer zusammen mit einem-Partialdruck eines ausgewählten Gasphasenmaterials, das in der Lage ist, als Dissoziationsprodukte unter einem Elektronenstrahl eine stabile gasförmige verbleibende Gruppe und ein Reaktionsfragment zu bilden, welches in der Lage ist, sich chemisch mit dem Material der Substratoberfläche zu verbinden, um eine stabile Verbindung unter den Bedingungen der Vakuumkammer zu bilden,
(b) Aufbringen eines ersten Elektronenstrahls einer ersten Strahlenergie und mit Submikronstrahlbreite durch die Gasphase auf eine definierte submikron-dimensionierte Stelle auf der Substratoberfläche für eine Zeit und eine Dosis ausreichend zur Bildung an der erwähnten definierten Stelle einer Oberflächenverbindung, bestehend aus dem Reaktionsfragment und dem Substratmaterial.
Vji
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Substratoberfläche ein Metall aufweist, das. in der La,ge ist, eine Verbindung einer ersten vorbestimmten Farbe unter der EnerV gie eines Elektronenstrahls mit dem Reaktionsfragment zu bilden, dotiert mit einer Metallart an den bestimmten Stel·^ :, len in der Lage der Verbindung aus dem Substratmaterial und dem Reaktionsfragment eine zweite vorbestimmte Farbe aufzuprägen, und ferner vorsehend die Abtastung der Substratoberfläche mit einer Vielzahl von mindestens zwei Lichtstrahlen unterschiedlicher Farben, und Detektieren der Reflexionsgrößen der Lichtstrahlen an der definierten Stelle auf der Substratoberfläche auf die Frequenzen der verwende-• ten Lichtstrahlen. r —
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Substratoberfläche Halbleitermaterial aufweist und die Gasphase im wesentlichen ™ aus einem Gas mit einem Dotieimittel als Reaktionsfragment besteht, wobei das Dotiermittel in der Lage ist, sich mit dem Halbleitermaterial zur Bildung einer aktiven Vorrichtungszone zu kombinieren.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ferner mindestens während der Aufbringung des Elektronenstrahls auf das Substrat die Kühlung der mittleren Temperatur der Substratoberfläche vorgesehen ist, um die thermische Diffusion des Dotiermittels in das Substratmaterial außerhalb des definierten Gebiets der Strahlauftreffung zu vermindern.
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Elektronenstrahl eine Strahlenergie aufweist, die geeignet ist, die Dissoziation des Gasphasenmaterials hervorzurufen, und wobei ferner folgendes vorgesehen ist: gleichzeitige Aufbringung mit der Aufbringung des ersten Strahls von einem zweiten Elektronenstrahl einer -zweiten Strahlenergie auf die definierte Stelle, wobei die zweite Strahlenergi'e Tge-
v eignet ist, die Diffusion des Dotiermittels in das Sub-
ι · ■ " ■ ""
stratmaterial an der definierten Stelle zu bewirken.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner vorgesehen ist, daß nach dem Aufbringen des Elektronenstrahls die Substratoberfläche durch selektive Mittel geätzt wird, um nichtreagiertes Substratmaterial vorzugsweise gegenüber der Entfernung von reagiertem (der Reaktion unterworfenem) Substratmaterial zu entfernen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Substratoberfläche ein Metallelement aufweist, welches in der Lage ist, eine Verbindung zu bilden mit einer Standardwärmebildung und einer Standard-Freien Energiebildung mit einem absoluten Wert größer als 80 (kcal./mol)/Metallatom, und wobei das Gasphasenreaktionsmittel ein Molekül aufweist, welches Sauerstoff als ein Reaktionsfragment enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Gasphase aus der aus folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt ist:
Kohlendioxid
Stickoxydul
Stickstoffdioxid
Wasserdampf und
Sauerstoff.
9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Substratmaterial aus der aus folgendem bestehenden Gruppe ausgewählt ist: Aluminium, Antimon, Barium, Beryllium, Bor, Kalzium, Chrom, Eisen, Magnesium, Mangan, Molybdän, Silizium, Strontium, Tantal, Zinn, Titan, Wolfram, Uran, Vanadium, Zink und Zirkon.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Substratmaterial eine Legierung aus einem Element angegeben in Anspruch 9 aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Submikronstrukturen definiert sind an ausgewählten Stellen aus einer Vielzahl von vorbestimmten Stellen auf einer Substratoberfläche, die eine Massenspeichervorriehtung definiert, und
wobei ferner folgendes vorgesehen ist: Abtasten der Vielzähl
von vorbestimmten Stellen mit einem Elektronenstrahl unter Vakuum und Feststellen des Vorhandenseins der Strukturen an den ausgewählten Stellen durch eine Elektronenstrahlanalysetechnik.
12. Verfahren zur Ausbildung von ..Submikronstrukturen durch Elektronenstrahl verstärkte Oberflächenmodifikation eines Substrats, 'wobei die folgenden Schritte vorgesehen sind:
(a) Anordnen der Substratoberfläche innerhalb einer. Atmosphäre eines Partialdrucks eines ausgewählten Gasphasenmaterials, das in der Lage ist, als Dissoziationsprodukte ein Reaktionsfragment und eine stabile verbleibende Gruppe zu bilden, wenn die Aussetzung gegenüber einem Elektronenstrahl erfolgt;
(b) Schreiben eines Strahlbelichtungs- oder -aussetzungsmusters direkt auf die Substratoberfläche durch Aufbringen oder Aufstrahlen auf die Oberfläche eines Elektronenstrahls von Submikronbreite durch die Gasphase, um die p^§pziä£ßo% der Gasphase zu bewirken und die Akkumulation des Reaktionsfragments an der Zwischenfläche (interface) desStrahis und
der Substratoberfläche; '" * ·
(c) Fortsetzen des Aufbringens des Elektronenstrahls auf das erwähnte Muster für eine Zeit ausreichend und in einer Dosis genügend zur Bildung einer gebundenen Oberflächenverbin'düngsstruktur aus dem Reaktionsfragment-und dem .Sub- ·· stratmaterial örtlich die Substratoberfläche "in dem Strahlaussetzungsmuster überziehend; und
(d) Ätzen der Substratoberfläche durch selektive
QFU§INAL INSPICTED
Mittel zur Entfernung des niehtüberzogenen Substratmaterials, bevorzugt gegenüber der Entfernung der Oberflächenverbindungsstruktur.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Substratoberfläche aus einem ersten Material besteht und von einem Sub— stratstapel getragen wird mit einem darunterliegenden Körper aus zweitem Material, welches in der Lage ist, dotiert zu werden, um eine Halbleitervorrichtung zu bilden, wobei ferner folgendes vorgesehen ist:
(a) Freilegen eines Teils des zweiten Materials durch Fortsetzen des selektiven Ätzschritts in hinreichender Weise, um einen niehtüberzogenen Teil des ersten Materials zu entfernen;
(b) Dotierung des freigelegten Teils des zweiten Materials zur Bildung einer Halbleitervorrichtungszone, und
(c) Freilegen eines weiteren Teils des zweiten Materials durch Aufbringen eines Ätzmittels zur Entfernung des Substratüberzugs und des ersten Materials, bevorzugt gegenüber der Entfernung des zweiten Materials von dem Substratstapel.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei ferner nach dem Ätzen zur Entfernung des Substratüberzugs und des ersten Materials folgendes vorgesehen ist:
(a) Metallisierung der freigelegten Oberfläche des zweiten Materials;
(b) Definition einer Verbindungslinienstelle von der Halbleitervorrichtungszone durch Schreiben eines Strahlbelichtungsmusters, direkt auf die metallisierte Oberfläche unter einem Partialdruck eines ausgewählten Gasphasenmaterials, welches in der Lage ist, unter Elektronenstrahlbelichtung zu dissoziieren, und zwar in Sauerstoff und eine stabile gasförmige verbleibende Gruppe;
(g) Fortsetzung der Strahlaussetzung für eine Zeit und Dosis, ausreichend zur Bildung einer gebundenen Oxydoberflächenverbindungsstruktur aus dem Metall und Sauer^- stoff, und
(d) Definition der Verbindungslinie von der Halbleitervorrichtungszone durch Ätzen der metallisierten Oberfläche durch ausgewählte Mittel zur Entfernung des nichtoxidierten Metallüberzugs, bevorzugt.„gegenüber der Entfernung des oxidierten Metalls und der darunterliegenden"fiWlb-*-— leitervorrichtungszone in dem Substratstapel.
15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das zweite Material im wesentlichen aus dotiertem Silizium besteht.
16. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die metallisierte Oberfläche im wesentlichen aus Aluminium besteht.
17. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Gasphase ausgewählt aus der folgenden Gruppe ist:
Kohlendioxid
Stickoxydul
Stickstoffdioxid
Wasserdampf und
. Sauerstoff. s
18. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Substratmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Aluminium, Antimon, Barium, Beryllium, Bor, Kalzium, Chrom, Eisen, Magnesium, Mangan, Molybdän, Silizium, Strontium,
Tantal, Zinn, Titan, Wolfram, Uran, Vanadium, Zink und—
Zirkon.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Substratmaterial aus einer Legierung eines Elements der Gruppe des Anspruchs 18 besteht. "'"'" - 1J
20. Verfahren zur Bildung einer Submikronhalbleitervorrichtung in einem Siliziumsubstrat, wobei folgendes vorgesehen ist:
(a) Anordnung eines Siliziumsubstrats in einem Partialdruck aus einem Gasphasenmaterial, das unter der Energie eines Elektronenstrahls dissoziiert, um ein Dotiermitteldissoziationsprodukt zu ergeben, welches in der Lage ist, in das Kristallgitter des Substrats inkorporiert zu werden, und zwar unter der Energie eines Elektronenstrahls;
(b) Aufbringen eines ersten Elektronenstrahls einer ersten Strahlenergie und von Submikronstrahlbreite auf eine ausgewählte Stelle auf der Substratoberfläche; und
(c) fortgesetztes Aufbringen des ersten Strahls auf die ausgewählte Stelle für eine Zeit und in einer Dosis ausreichend zur Induzierung der Akkumulation des Dotiermitteldissoziationsprodukts an der ausgewählten Stelle und zur Induzierung des Einbaus oder der Inkorporation des Dotiermi tteldissoziationsprodukts in das Kristallgitter des Substrats zur Definition einer Submikronhalbleitervorrichtungszone.
21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Gasphasenmaterial zu einer Art gehört, die in der Lage ist, ihr Dotiermittel in das Siliziumsubstrat zu diffundieren, und wobei ferner die Kühlung des Substrats mindestens während der Elektronenstrahlaussetzung vorgesehen ist, um die thermische Diffusion des Gasphasendotiermittels außerhalb der Strahlaussetzungsflache zu vermindern.
22. Verfahren nach Anspruch 20, wobei ferner vorgesehen ist, daß gleichzeitig mit der Aufbringung des ersten Strahls ein zweiter Elektronenstrahl von Submikronbreite und mit einer zweiten Strahlenergie aufgebracht wird auf im wesentlichen die gleiche ausgewählte Stelle, wobei die erste Strahl-
■-8 — - -
energie geeignet ist, die Dissoziation des Gasphasenmaterials in mindestens das Dotiermittel zu bewirken und die zweite Strahlenergie ist geeignet, die Diffusion des Dotiermittels in das Siliziumkristallgitter zu bewirken.
23. Verfahren nach Anspruch 20, wobei ferner nach der Definition der Halbleitervorrichtungszone folgendes vorgesehen ist:
(a) Vakuumabscheidung eines Metallfilms (Metallschicht) über der Substratoberfläche, wobei das Metall in der Lage ist, eine stabile Oxidoberflächenstruktur zu bilden;
(b) Anordnung der metallisierten Substratoberfläche in einem Partialdruck aus einem Gasphasenmaterial, welches ein Gas aufweist, welches in der Lage ist, unter der Energie eines Elektronenstrahls in eine stabile gasförmige verbleibende Gruppe und Sauerstoff zu zerfallen;
(c) Aufbringen eines Elektronenstrahls von Submikronbreite auf die metallisierte Oberfläche in einem Muster, welches eine Verbindungslinie von der Halbleitervorrichtungsfläche definiert;
(d) Fortsetzen des Aufbringens des Elektronenstrahls in dem Muster für eine Zeit ausreichend und in einer Dosis ausreichend zur Hervorrufung der Akkumulation von Sauerstoff an dem Interface (Zwischenfläche) des Strahls und der metallisierten Oberfläche und zur Induzierung der Bildung einer stabilen Oxidoberflächenverbindungsstruktur in dem Strahlmuster; und
(e) Definition einer Restverbindungsleitung der Metallschicht von der Halbleitervorrichtungszone durch Ätzen der metallisierten Oberfläche mit ausgewählten Mitteln zur Entfernung der nichtüberzogenen Teile des Metalls, bevorzugt gegenüber den überzogenen Teilen des Metalls.
24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei ferner nach der Definition der Halbleitervorrichtungszone und der Verbin-
dungslinie oder -leitung auf der Substratoberfläche die
Vakuumabscheidung einer Epitaxialschicht (Film) über der Substratoberfläche vorgesehen ist,
25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei ferner die Abscheidung einer Siliziumschicht auf der Epitaxialschicht vorgesehen ist.
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Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0642456B2 (ja) * 1984-11-21 1994-06-01 株式会社日立製作所 表面光処理方法
GB2172427A (en) * 1985-03-13 1986-09-17 Philips Electronic Associated Semiconductor device manufacture using a deflected ion beam
JPS6318541A (ja) * 1986-07-11 1988-01-26 Hitachi Ltd 電子線記録再生方法及びその装置
US4961178A (en) * 1986-10-21 1990-10-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of erasable recording and reading of information
US4834834A (en) * 1987-11-20 1989-05-30 Massachusetts Institute Of Technology Laser photochemical etching using surface halogenation
US5171718A (en) * 1987-11-27 1992-12-15 Sony Corporation Method for forming a fine pattern by using a patterned resist layer
EP0318037A3 (de) * 1987-11-27 1990-07-25 Sony Corporation Methode zur Herstellung von Feinstrukturen durch Verwendung einer strukturierten Photolackschicht
JP2920922B2 (ja) * 1988-10-21 1999-07-19 ソニー株式会社 パターン形成方法
EP0361460A3 (de) * 1988-09-29 1990-08-01 Sony Corporation Strukturherstellungsverfahren
US4983250A (en) * 1989-06-16 1991-01-08 Microelectronics And Computer Technology Method of laser patterning an electrical interconnect
GB2282480B (en) * 1990-07-05 1995-07-26 Olivetti Systems & Networks S Integrated circuit structure analysis
US5312514A (en) * 1991-11-07 1994-05-17 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method of making a field emitter device using randomly located nuclei as an etch mask
US5244538A (en) * 1991-07-26 1993-09-14 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method of patterning metal on a substrate using direct-write deposition of a mask
US5382315A (en) * 1991-02-11 1995-01-17 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method of forming etch mask using particle beam deposition
EP0501278B1 (de) * 1991-02-28 1998-09-30 Texas Instruments Incorporated Verfahren zur Herstellung einer Markierung
US5399238A (en) * 1991-11-07 1995-03-21 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method of making field emission tips using physical vapor deposition of random nuclei as etch mask
JP2771472B2 (ja) * 1994-05-16 1998-07-02 松下電器産業株式会社 半導体装置の製造方法
US6652922B1 (en) * 1995-06-15 2003-11-25 Alliedsignal Inc. Electron-beam processed films for microelectronics structures
US6878417B2 (en) * 1997-11-12 2005-04-12 John C. Polanyi Method of molecular-scale pattern imprinting at surfaces
TW473834B (en) 1998-05-01 2002-01-21 Ibm Method of doping a gate and creating a very shallow source/drain extension and resulting semiconductor
US6300622B1 (en) 1999-01-27 2001-10-09 Gtp, Inc. Method and device for charged particle ray information storage
US6434678B1 (en) 1999-02-12 2002-08-13 Gtp, Inc. Method for data storage organization
US6251755B1 (en) 1999-04-22 2001-06-26 International Business Machines Corporation High resolution dopant/impurity incorporation in semiconductors via a scanned atomic force probe
US6730370B1 (en) * 2000-09-26 2004-05-04 Sveinn Olafsson Method and apparatus for processing materials by applying a controlled succession of thermal spikes or shockwaves through a growth medium
DE10353591A1 (de) * 2003-11-17 2005-06-02 Infineon Technologies Ag Verfahren zum lokal begrenzten Ätzen einer Chromschicht
US7633033B2 (en) 2004-01-09 2009-12-15 General Lasertronics Corporation Color sensing for laser decoating
US7800014B2 (en) * 2004-01-09 2010-09-21 General Lasertronics Corporation Color sensing for laser decoating
US20060196853A1 (en) * 2005-03-04 2006-09-07 The Regents Of The University Of California Micro-joining using electron beams
DE102006046503A1 (de) * 2006-08-18 2008-02-21 Mg-Micro Galva Gmbh Laseroxidieren von Magnesium-, Titan- oder Aluminiumwerkstoffen
WO2008118365A1 (en) 2007-03-22 2008-10-02 General Lasertronics Corporation Methods for stripping and modifying surfaces with laser-induced ablation
US20090008827A1 (en) * 2007-07-05 2009-01-08 General Lasertronics Corporation, A Corporation Of The State Of California Aperture adapters for laser-based coating removal end-effector
US10112257B1 (en) 2010-07-09 2018-10-30 General Lasertronics Corporation Coating ablating apparatus with coating removal detection
US9895771B2 (en) 2012-02-28 2018-02-20 General Lasertronics Corporation Laser ablation for the environmentally beneficial removal of surface coatings
US10086597B2 (en) 2014-01-21 2018-10-02 General Lasertronics Corporation Laser film debonding method
RU2706265C1 (ru) * 2019-04-02 2019-11-15 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Способ изготовления массивов регулярных субмикронных металлических структур на оптически прозрачных подложках

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3814975A (en) * 1969-08-06 1974-06-04 Gen Electric Electron emission system
CH631743A5 (de) * 1977-06-01 1982-08-31 Balzers Hochvakuum Verfahren zum aufdampfen von material in einer vakuumaufdampfanlage.
US4212082A (en) * 1978-04-21 1980-07-08 General Electric Company Method for fabrication of improved storage target and target produced thereby
US4213192A (en) * 1979-01-15 1980-07-15 Christensen Alton O Sr Electron beam accessed read-write-erase random access memory
US4377437A (en) * 1981-05-22 1983-03-22 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Device lithography by selective ion implantation
US4407933A (en) * 1981-06-11 1983-10-04 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Alignment marks for electron beam lithography
US4370195A (en) * 1982-03-25 1983-01-25 Rca Corporation Removal of plasma etching residues
US4412885A (en) * 1982-11-03 1983-11-01 Applied Materials, Inc. Materials and methods for plasma etching of aluminum and aluminum alloys
FR2537777A1 (fr) * 1982-12-10 1984-06-15 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif d'implantation de particules dans un solide
JPS59135730A (ja) * 1983-01-24 1984-08-04 Hitachi Ltd 表面改質装置
DD221201A1 (de) * 1983-12-09 1985-04-17 Univ Magdeburg Tech Verfahren zur maskenlosen herstellung von kohlenstoffschichten auf substraten
US4490211A (en) * 1984-01-24 1984-12-25 International Business Machines Corporation Laser induced chemical etching of metals with excimer lasers
US4550257A (en) * 1984-06-29 1985-10-29 International Business Machines Corporation Narrow line width pattern fabrication

Also Published As

Publication number Publication date
GB2165494B (en) 1987-11-18
FR2577714B1 (fr) 1990-10-05
IT8522396A0 (it) 1985-10-09
CA1226376A (en) 1987-09-01
IT1186005B (it) 1987-11-18
US4566937A (en) 1986-01-28
GB8523452D0 (en) 1985-10-30
JPS61154031A (ja) 1986-07-12
FR2577714A1 (fr) 1986-08-22
GB2165494A (en) 1986-04-16

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