DE4317925A1 - Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtung - Google Patents
Herstellungsverfahren für eine HalbleitereinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, 5
oder 10. Die Erfindung betrifft insbesondere ein
Herstellungsverfahren für Halbleitereinrichtungen mit einem
verbesserten Prozeß zur Bildung eines Photolackmusters (Resist-
Musters) mit guter Genauigkeit der Reproduzierbarkeit. Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen mit einem verbesserten Prozeß, um zu
verhindern, daß der Photolack aufgeladen wird, wenn die Musterung
des Photolacks mit einem Elektronenstrahl ausgeführt wird. Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen mit einem verbesserten Prozeß, um zu
verhindern, daß der Photolack aufgeladen wird, wenn Ionen unter
Verwendung des Photolackmusters als Maske implantiert werden.
Für einen Prozeß zur Herstellung von dynamischen 64M-
Direktzugriffsspeichern und anschließend anderen Elementen ist es
notwendig, eine Viertel-Mikron-Lithographietechnologie zu entwickeln
(1 Mikron=1 µm). Gegenwärtig wird bei der Lithographie mit UV-
Strahlung von Excimer-Laser-Licht und ähnlichem ein Photolack mit
chemischer Verstärkung vom negativen Typ benutzt, der ein Basisharz
mit geringer Absorption hinsichtlich der UV-Strahlung, ein
säureerzeugendes Mittel, das durch eine photochemische Reaktion zur
Erzeugung einer Säure zersetzt wird, und ein Bindemittel zum Binden
des Basisharzes durch eine säurekatalysierte Reaktion aufweist.
Die Fig. 8(a) bis 8(c) zeigen die chemischen Strukturformeln der
Komponenten, die in einem Photolack mit chemischer Verstärkung vom
negativen Typ enthalten sind. Der Photolack mit chemischer
Verstärkung vom negativen Typ weist ein Basisharz aus Poly-P-
Hydroxystyren, das in Fig. 8(a) gezeigt ist, ein Melaminbindemittel
mit zwei oder mehr Bindepunkten, wie es in Fig. 8(b) dargestellt
ist, und ein in Fig. 8(c) gezeigtes säureerzeugendes Mittel auf. In
der Figur bedeutet n eine natürliche Zahl, die den
Polymerisationsgrad angibt, R eine Alkylgruppe, M ein Metall wie
Arsen, Antimon und ähnliches und X ein Halogen. n in Xn bezeichnet
eine Koordinatenzahl.
Die Fig. 9(a) bis 9(d) sind Teilquerschnitte einer
Halbleitereinrichtung, die Schritte in der Reihenfolge eines
Musterbildungsverfahrens durch Excimer-Laser-Lithographie unter
Verwendung des Photolacks mit chemischer Verstärkung vom negativen
Typ zeigen.
Wie in Fig. 9(a) gezeigt ist, wird für die Excimer-Laser-
Lithographie auf einem Halbleitersubstrat 2 Photolack 8 mit
chemischer Verstärkung vom negativen Typ mit einer Dicke von 1,0 bis
1,5 µm gebildet. Die Komponenten des Photolacks sind in den Fig. 8(a)
bis 8(c) dargestellt. Die Photolackschicht 8 mit chemischer
Verstärkung vom ,negativen Typ wird durch Zentrifugalbeschichtung mit
einer Photolacklösung und anschließende Wärmehärtung bei 90 bis
130°C gebildet.
Wie in Fig. 9(b) dargestellt ist, wird Excimer-Laser-Licht durch
eine Maskenplatte (Reticle) auf die Photolackschicht 8 gestrahlt.
Durch die selektive Bestrahlung mit dem Excimer-Laser-Licht 12 wird,
wie die Formel in Fig. 10 darstellt, Triphenylsulfoniumtriflat als
säureerzeugendes Mittel zersetzt, und protonische Säure 9, nämlich
Trifluormethansulfonsäure wird in einem freiliegenden Bereich 10 der
Photolackschicht 8 erzeugt.
Wie in Fig. 9(c) gezeigt ist, wird anschließend eine
Wärmenachbehandlung nach der Bestrahlung für ein bis zwei Minuten
bei einer Temperatur von 110 bis 140°C ausgeführt. Nun wird unter
Bezugnahme auf die Fig. 11(a) bis 11(e) der Abbindezustand durch die
Wärmebehandlung im freiliegenden Bereich des Basisharzes
beschrieben.
Fig. 11(a) zeigt den Zustand der Bestrahlung der Photolackschicht 8
durch z. B. das Excimer-Laser-Licht. Wie in Fig. 11(b) dargestellt
ist, wird das Triphenylsulfoniumtriflat zersetzt, wenn das Excimer-
Laser-Licht auf die Photolackschicht 8 strahlt, und die protonische
Säure (H⁺) wird erzeugt. Wenn der Photolack erhitzt wird, bindet
eines der Basisharze unter Verwendung der protonischen Säure (H⁺)
als Katalysator ab, und die protonische Säure (H⁺) wird gleichzeitig
als Nebenprodukt erzeugt, wie in Fig. 11(c) gezeigt ist. Wie in Fig.
11(d) dargestellt ist, werden die Basisharze unter Verwendung der
protonischen Säure (H⁺) als Katalysator, die als Nebenprodukt
entsteht, in einer Kettenreaktion nacheinander verbunden. Wie Fig.
11(e) zeigt, werden die Basisharze durch die oben beschriebene
Kettenreaktion in einer Netzstruktur gebunden. Die Abbindereaktion
wird durch die in den Fig. 12(a) bis 12(c) gezeigten
Reaktionsformeln ausgedrückt. In den Reaktionsformeln bezeichnet Hx
die protonische Säure (H⁺). Der abgebundene Bereich ist in einem
alkalischen Entwickler unlöslich.
Der in Fig. 9(c) gezeigte abgebundene Bereich 11 der
Photolackschicht 8 ist im alkalischen Entwickler unlöslich. Wenn die
Photolackschicht 8 mit chemischer Verstärkung vom negativen Typ
durch den alkalischen Entwickler mit einer geeigneten Konzentration
entwickelt wird, löst sich der nicht-freiliegende Abschnitt (nicht
abgebundene Abschnitt) durch den Entwickler auf, wie in Fig. 9(d)
dargestellt ist, und auf dem Halbleitersubstrat 2 wird ein
Photolackmuster 100 gebildet. Dann wird das Halbleitersubstrat (z. B.
Silizium) unter Verwendung des Photolackmusters 100 als Maske
geätzt. Somit wird z. B. die Gate-Elektrode oder ähnliches
geschaffen.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren zur Bildung des
Photolackmusters wird ein bevorzugterweise kleines Photolackmuster
mit rechteckigem Querschnitt mit hoher Empfindlichkeit auf einem
flachen Halbleitersubstrat geschaffen.
Weil das als Basisharz dienende Poly-P-Hydroxystyren für das
Excimer-Laser-Licht eine hohe Durchlässigkeit aufweist, wird es von
den Auswirkungen mehrfacher Reflexionen im Film aufgrund einer
Reflexion des Excimer-Laser-Lichts am darunterliegenden
Halbleitersubstrat stark beeinflußt.
Wie in Fig. 13 dargestellt ist, werden die Effekte der
Mehrfachreflexion im Film durch eine Interferenz des einstrahlenden
Lichts 17 mit dem vom darunterliegenden Halbleitersubstrat
reflektierten Licht erzeugt. Aufgrund der Mehrfachreflexionen im
Film ändert sich die Ausdehnung des Photolackmusters mit einer
Änderung der Filmdicke des Photolacks 8 erheblich, wie in den Fig.
13 und 14 dargestellt ist. Für den Fall, daß das Halbleitersubstrat
2 eine Stufe 2a aufweist, tritt daher das Problem auf, daß die
Ausdehnung des Photolackmusters aufgrund der Variation der Filmdicke
des Photolacks 8 nicht konstant wird, wie in Fig. 13 gezeigt ist.
Um die Effekte der Mehrfachreflexionen im Film zu verhindern, wird
in einem Verfahren ein organischer Antireflexionsfilm verwendet. Der
organische Antireflexionsfilm kann vor der Beschichtung durch den
Photolack durch Aufbringen eines Novolak-Naphtoquinon-Diazid-Lacks
auf das Halbleitersubstrat und Härten desselben erhalten werden.
Dieses Verfahren führt jedoch zum unten beschriebenen Problem.
Wie in Fig. 15(a) gezeigt ist, wird aufgrund der fehlenden Anziehung
zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Novolak-Naphtoquinon-Diazid-
Lack 30 ein Eckabschnitt 21 der Stufe 2a freigelegt, wenn der
Novolak-Naphtoquinon-Diazid-Lack 30 dünn auf das Halbleitersubstrat
2 mit der Stufe 2a aufgetragen wird. Wenn der Novolak-Naphtoquinon-
Diazid-Lack 30 so aufgebracht wird, daß er den Eckabschnitt 21
bedeckt, so wird die Filmdicke des Lacks 30 im Bodenbereich der
Stufe 2a relativ dick, wie in den Fig. 15(b) und 15(c) dargestellt
ist. Wenn die Höhe der Stufe z. B. 0,7 µm beträgt, erreicht die
Filmdicke des Lacks 30 im Bodenbereich der Stufe 2a 1,5 µm.
Der Antireflexionsfilm wird durch Härten des dick aufgetragenen
Novolak-Naphtoquinon-Diazid-Lacks 30 fertiggestellt. Wie in Fig.
15(d) gezeigt ist, wird dann ein Photolack 101 zur Lithographie auf
den Antireflexionsfilm (30) aufgetragen, der gemustert werden soll.
Unter Verwendung des gemusterten Lithographie-Photolacks 101 als
Maske werden das Halbleitersubstrat 2 und der Antireflexionsfilm
(30) gleichzeitig geätzt. Zu diesem Zeitpunkt gibt es einen kleinen
Unterschied in den Ätzgeschwindigkeiten zwischen dem
Antireflexionsfilm (30) und dem Lithographie-Photolack 101. Wie in
Fig. 15(e) dargestellt ist, tritt damit das Problem auf, daß das
Ätzen des Halbleitersubstrats 2 nicht mit einer gut steuerbaren
Ausdehnungsgenauigkeit ausgeführt wird.
Bei einem Lithographieverfahren unter Verwendung des Photolacks mit
chemischer Verstärkung vom negativen Typ tritt das oben beschriebene
Problem auch dann auf, wenn die Musterung mit einem Elektronenstrahl
ausgeführt wird.
Wie in Fig. 16(a) gezeigt ist, wird der Photolack mit chemischer
Verstärkung vom negativen Typ auf das Halbleitersubstrat 2
aufgebracht. Dann wird der Elektronenstrahl selektiv auf den
Photolack 8 mit chemischer Verstärkung vom negativen Typ gestrahlt.
Wie in Fig. 16(b) dargestellt ist, werden auf der Oberfläche des
Photolacks Ladungen erzeugt, wenn der Elektronenstrahl selektiv auf
den Photolack 8 mit chemischer Verstärkung vom negativen Typ
gestrahlt wird, weil der Photolack 8 ein Isolator ist.
Damit erhält man das spitz zulaufende Lackmuster 101, wenn der
Photolack 8 entwickelt wird, wie in Fig. 16(c) gezeigt ist. Das
führt zu dem Problem, daß das Photolackmuster nicht mit einer gut
steuerbaren Ausdehnungsgenauigkeit gebildet werden kann.
Wenn der Photolack mit chemischer Verstärkung vom negativen Typ
benutzt wird, ergibt sich ferner das unten beschriebene Problem,
wenn unter Verwendung des Photolacks als Maske Ionen implantiert
werden.
Fig. 17 ist ein Diagramm, das die Implantation von Ionen 52 zur
Bildung einer Source/Drain in der Hauptoberfläche eines
Halbleitersubstrats 50 unter Verwendung eines Musters des Photolacks
30 als Maske darstellt. Wenn die Ionen implantiert werden, werden
leicht Ladungen auf der Hauptoberfläche des Photolacks 30 erzeugt,
weil der Photolack 30 ein Isolator ist. Wie in der Fig. dargestellt
ist, tritt das Problem auf, daß im Photolack 30 ein Riß erzeugt wird
(eine Erscheinung ähnlich wie ein Blitzschlag).
Aufgabe der Erfindung ist es, ein so verbessertes Verfahren zur
Herstellung von Halbleitereinrichtungen zu schaffen, daß ein
Photolackmuster selbst auf einem Substrat mit einer Stufe gebildet
und das Ätzen des darunterliegenden Substrats mit gut steuerbarer
Ausdehnungsgenauigkeit ausgeführt werden kann. Ferner soll ein
Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen geschaffen
werden, das so verbessert ist, daß keine Aufladung der
Photolackoberfläche verursacht wird, wenn die Musterung mit
Elektronenstrahlen ausgeführt wird. Außerdem soll ein Verfahren zur
Herstellung von Halbleitereinrichtungen gebildet werden, das so
verbessert ist, daß keine Aufladung der Photolackoberfläche
verursacht wird, wenn Ionen in die Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats unter Verwendung des Photolackmusters als Maske
implantiert werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch das in Anspruch 1, 5 oder 10
gekennzeichnete Verfahren. Beim erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahren für Halbleitereinrichtungen wird zuerst ein
Grundierungsfilm aus organischen Substanzen mit
Sublimationseigenschaft, Photoabsorption und Unlöslichkeit in einem
organischen Lösungsmittel auf einem Halbleitersubstrat gebildet. Auf
die Grundierungsschicht wird Photolack aufgebracht. Licht wird
selektiv auf den Photolack gestrahlt. Durch Entwickeln des
Photolacks wird ein Photolackmuster geschaffen. Das
Halbleitersubstrat wird unter Verwendung des Photolackmusters als
Maske geätzt.
Die organischen Substanzen sind bevorzugterweise konjugierte
makrozyklische organische Substanzen aus der Gruppe der nicht
metallischen Phthalocyanin-Derivate, Porphyrin-Derivate und Dihydro-
Dibenzo-Tetraaza-Cyclotetradecyn-Derivate.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen nach einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird die Grundierungsschicht aus organischen Substanzen mit
Sublimationseigenschaften und Unlöslichkeit in organischen
Lösungsmitteln auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Ein oxidierendes
Gas wird in die Grundierungsschicht eingebracht, um eine
Leitfähigkeit auszulösen. Der Photolack wird auf die
Grundierungsschicht aufgebracht. Die Musterung des Photolacks wird
mit einem Elektronenstrahl ausgeführt. Der Photolack wird
entwickelt, um ein Photolackmuster zu bilden. Das Halbleitersubstrat
wird unter Verwendung des Photolackmusters als Maske geätzt.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die organischen Substanzen
bevorzugterweise konjugierte makrozyklische organische Substanzen
aus der Gruppe der nicht-metallischen Phthalocyanin-Derivate,
Porphyrin-Derivate und Dihydro-Dibenzo-Tetraaza-Cyclotetradecyn-
Derivate.
Das oxidierende Gas ist bevorzugterweise ein Gas aus der Gruppe NOx,
Wasserstoffhalogenide, Halogengase und SOx.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen nach einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird zuerst die Grundierungsschicht aus organischen Substanzen mit
Sublimationseigenschaften und Unlöslichkeit in organischen
Lösungsmitteln auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Das oxidierende
Gas wird in die Grundierungsschicht eingebracht, um eine
Leitfähigkeit auszulösen. Der Photolack wird auf die
Grundierungsschicht aufgebracht. Der Photolack wird gemustert. Ionen
werden unter Verwendung des Photolackmusters als Maske in das
Halbleitersubstrat implantiert.
Bei der vorliegenden Erfindung weisen die organischen Substanzen
bevorzugterweise konjugierte makrozyklische organische Substanzen
aus der Gruppe der nicht-metallischen Phthalocyanin-Derivate,
Porphyrin-Derivate und Dihydro-Dibenzo-Tetraaza-Cyclotetradecyn-
Derivate auf. Das oxidierende Gas ist bevorzugterweise ein Gas aus
der Gruppe NOx, Wasserstoffhalogenide, Halogengase und SOx.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen nach einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird die Grundierungsschicht aus organischen Substanzen mit einem
Photoabsorptionsvermögen auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Daher
ist es möglich, das vom Halbleitersubstrat reflektierte Licht zu
reflektieren, wodurch wiederum die Schwankung der Ausdehnung des
Photolackmusters aufgrund der Mehrfachreflexionseffekte im Film
unterdrückt werden kann.
Weil die Grundierungsschicht aus organischen Substanzen mit
Sublimationseigenschaften gebildet ist, wird ein Verfahren zum
Sublimieren der organischen Substanzen angewandt, so daß die Dicke
des Grundierungsfilms einheitlich wird.
Weil die Grundierungsschicht nicht im organischen Lösungsmittel
gelöst wird, mischt sie sich nicht mit dem Photolack, der als
nächstes aufgebracht wird.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen nach einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird die mit einer Leitfähigkeit ausgestattete Grundierungsschicht
auf dem Halbleitersubstrat geschaffen. Daher wird der Photolack
nicht aufgeladen, wenn eine Musterung mit Elektronenstrahlen
ausgeführt wird.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für
Halbleitereinrichtungen nach einem weiteren Aspekt der Erfindung
wird die mit einer Leitfähigkeit ausgestattete Grundierungsschicht
auf dem Halbleitersubstrat geschaffen. Daher wird der Photolack
nicht aufgeladen, selbst wenn Ionen unter Verwendung des
Photolackmusters als Maske in die Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats implantiert werden.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus
der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von
den Figuren zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(f) Teilquerschnitte einer Halbleitereinrichtung,
die die Schritte in der Reihenfolge eines Verfahrens zur
Herstellung derselben nach einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 2(a) bis 2(c) Darstellungen spezieller Beispiele konjugierter
makrozyklischer organischer Verbindungen, die bei der
vorliegenden Erfindung benutzt werden;
Fig. 3 das schematische Diagramm eines Verfahrens zur Bildung
eines Grundierungsfilms aus konjugierten makrozyklischen
organischen Substanzen auf einem Halbleitersubstrat durch
ein Sublimationsverfahren.
Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung von Auswirkungen der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 5(a) bis 5(d) Teilquerschnitte einer Halbleitereinrichtung,
die die Schritte in der Reihenfolge eines Verfahrens zur
Herstellung derselben nach einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 6(a) eine Reaktionsformel für den Fall, daß NOx, das als
oxidierendes Gas dient, in nicht-metallisches
Phthalocyanin eingebracht wird;
Fig. 6(b) Auswirkungen der NOx-Konzentration auf die Leitfähigkeit
des nicht-metallischen Phthalocyanins;
Fig. 7 ein Teilquerschnitt einer Halbleitereinrichtung, der ein
Verfahren zur Herstellung derselben nach einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8(a) bis 8(c) chemische Strukturformeln, die die
Hauptkomponenten eines benutzten Photolacks mit chemischer
Verstärkung vom negativen Typ zeigen;
Fig. 9(a) bis 9(d) Teilquerschnitte einer Halbleitereinrichtung,
die die Schritte in der Reihenfolge eines Verfahrens zur
Herstellung derselben unter Verwendung des Photolacks mit
chemischer Verstärkung vom negativen Typ darstellen;
Fig. 10 eine Reaktionsformel, die den Zustand der Photozersetzung
eines säureerzeugenden Mittels darstellt, das im Photolack
mit chemischer Verstärkung vom negativen Typ enthalten
ist;
Fig. 11(a) bis 11(e) den Abbindezustand eines freiliegenden
Abschnitts des Photolacks mit chemischer Verstärkung vom
negativen Typ;
Fig. 12(a) bis 12(c) eine Reaktionsformel, die den Abbindezustand
im freiliegenden Abschnitt des Photolacks mit chemischer
Verstärkung vom negativen Typ darstellt;
Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung der Auswirkungen von
Mehrfachreflexionen im Film;
Fig. 14 eine Darstellung der Beziehung zwischen der Ausdehnung des
Photolackmusters und der Filmdicke des Photolacks, wenn
Effekte der Mehrfachreflexionen im Film existieren;
Fig. 15(a) bis 15(d) Teilquerschnitte einer Halbleitereinrichtung,
die die Schritte in der Reihenfolge eines Verfahrens zur
Herstellung der Halbleitereinrichtung mit einem Schritt
der Bildung eines Antireflexionsfilms darstellen;
Fig. 16(a) bis 16(c) Teilquerschnitte einer Halbleitereinrichtung,
die die Schritte in der Reihenfolge eines Verfahrens zur
Herstellung der Halbleitereinrichtung unter Verwendung
eines Elektronenstrahl-Lithographieverfahrens darstellen;
und
Fig. 17 ein Verfahren zur Implantierung von Störstellenionen in
die Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats unter
Verwendung des Photolackmusters.
Die Fig. 1(a) bis 1(f) sind Teilquerschnitte einer
Halbleitereinrichtung, die die Schritte in der Reihenfolge ihrer
Herstellung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigen.
Wie in Fig. 1(a) dargestellt ist, wird ein Grundierungsfilm 7 aus
organischen Substanzen mit Sublimationseigenschaft, Photoabsorption
und Unlöslichkeit im organischen Lösungsmittel auf dem
Halbleitersubstart 2 (z. B. Polysilizium) gebildet.
Die Fig. 2(a) bis 2(c) zeigen konjugierte, makrozyklische organische
Verbindungen, die Beispiele der organischen Substanzen darstellen,
die den Grundierungsfilm bilden.
Fig. 2(a) zeigt ein nicht-metallisches Phthalocyanin mit starker
Absorption der UV-Strahlen, wie z. B. Excimer-Laser- und ähnliches
Licht, und Unlöslichkeit in allen organischen Lösungsmitteln.
Fig. 2(b) zeigt Meso-Tetra- (P-R-Phenyl-) Porphyrin und Derivate mit
starker Absorption der UV-Strahlen, wie z. B. Excimer-Laser- und
ähnliches Licht, und Unlöslichkeit in allen organischen
Lösungsmitteln. In der Figur bezeichnet R ein Wasserstoffatom oder
eine Alkylgruppe.
Fig. 2(c) zeigt Dihydro-Dibenzo-[b, j] [1, 4, 8, 11] Tetraaza-
Cyclotetradecyn und seine Derivate mit starker Absorption der UV-
Strahlen, wie z. B. Excimer-Laser- und ähnliches Licht, und
Unlöslichkeit in allen organischen Lösungsmitteln. In der Figur
bezeichnen R11 R2 ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe.
Fig. 3 zeigt ein Konzeptdiagramm eines Verdampfungsverfahrens zur
Abscheidung eines Grundierungsfilms auf einem Halbleitersubstrat
mittels eines Sublimationsverfahrens unter vermindertem Druck. Es
werden die in den Fig. 2(a) bis 2(c) gezeigten konjugierten,
makrozyklischen organischen Substanzen verwendet. Eine Vorrichtung
zum Bilden des Grundierungsfilms weist eine Glocke 25 auf. Die
Glocke 25 ist auf der (nicht dargestellten) Grundplatte durch einen
Vakuum-O-Ring 26 befestigt. Eine Quartzplatte 23, die eine
konjugierte, makrozyklische organische Verbindung 21 trägt, ist in
der Glocke 25 untergebracht. Eine Heizvorrichtung 24 ist unter der
Quartzplatte 23 gebildet. Ein Halbleitersubstrat 22 ist oben in der
Glocke 25 angeordnet. Die Glocke 25 weist eine Abpumpöffnung 25a
auf. Die konjugierte, makrozyklische organische Verbindung 21 wird
durch Heizen sublimiert, um sich auf dem Halbleitersubstrat 22 als
Grundierungsfilm abzuscheiden. Man kann einen dünnen Film
gleichmäßiger Dicke erhalten, wenn der Film durch das
Sublimationsverfahren gebildet wird.
Die Sublimation wird unter vermindertem Druck bei einer Temperatur
von 100 bis 300°C ausgeführt. Die Dicke des Grundierungsfilms
beträgt bevorzugterweise 500 bis 2000 .
Wie in Fig. 1(b) gezeigt ist, wird die Photolackschicht 8 mit
chemischer Verstärkung vom negativen Typ mit einer Dicke von 1,0 bis
1,5 µm auf dem Halbleitersubstrat 2 gebildet, auf dem der
Grundierungsfilm 7 geschaffen ist. Die Photolackschicht 8 wird auf
dem Halbleitersubstrat durch Zentrifugalbeschichtung mit einer
Photolacklösung und Trocknen des Photolacks bei etwa 90 bis 130°C
gebildet. Weil der Grundierungsfilm der konjugierten,
makrozyklischen organischen Verbindung in allen organischen
Lösungsmitteln unlöslich ist, tritt keine Vermischung von
Photolackschicht 8 und Grundierungsfilm 7 auf.
Wie in Fig. 1(c) dargestellt ist, werden UV-Strahlen, wie z. B.
Excimer-Laser-Licht 12 oder ähnliches Licht, durch die Maskenplatte
13 selektiv auf die Photolackschicht 8 mit chemischer Verstärkung
vom negativen Typ gestrahlt. Aufgrund der selektiven Bestrahlung mit
dem Excimer-Laser-Licht 12 wird im frei liegenden Bereich 10 der
Photolackschicht 8 die protonische Säure 9 erzeugt. Die protonische
Säure 9 fördert die Bindungsreaktion des Harzes, wie in Fig. 11
dargestellt ist. Weil die Grundierungsschicht 7 die UV-Strahlen 12
des Excimer-Laser- oder eines ähnlichen Lichts absorbiert, werden
die Effekte von Mehrfachreflexionen im Photolackfilm im
freiliegenden Bereich 10 erheblich vermindert.
Wie in Fig. 1 (d) dargestellt ist, wird der Photolack nach der
Belichtung für ein bis zwei Minuten bei einer Temperatur von 110 bis
130°C "gebacken". Wie in Fig. 11 gezeigt ist, fördert die Erhitzung
die Bindungsreaktion des Basisharzes im freiliegenden Bereich 10 des
Photolacks 8. Die Löslichkeit des abgebundenen Abschnitts 11 im
Alkalientwickler wird vermindert.
Wie in Fig. 1(e) dargestellt ist, löst sich bei der Entwicklung
durch den Alkalientwickler mit einer geeigneten Konzentration der
nicht-freiliegende Bereich des Photolacks 8 im Alkalientwickler,
wodurch ein negatives Muster 100 gebildet wird.
Wie in Fig. 1(f) gezeigt ist, werden das Halbleitersubstrat 2 und
der Grundierungsfilm 7 unter Verwendung des Photolackmusters 100 als
Maske gleichzeitig geätzt. Der Grundierungsfilm 7 wird aufgrund
seiner geringen Dicke schnell weggeätzt.
Beim Verfahren nach der Ausführungsform werden die Effekte der
Mehrfachreflexionen erheblich vermindert, weil der Grundierungsfilm
7 benutzt wird. Das wiederum ermöglicht es, ein Ätzen des
Halbleitersubstrats 2 mit gut steuerbarer Ausdehnungsgenauigkeit
auszuführen. Somit wird z. B. die Gate-Elektrode zuverlässig
gebildet.
Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Ausdehnung des Photolackmusters
von der Photolackdicke. Kurve (1) zeigt die Daten für den Fall, daß
der Grundierungsfilm benutzt wird, Kurve (2) die Daten, wenn kein
Grundierungsfilm gebildet wird. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist,
werden die Effekte der Mehrfachreflexionen im Film beträchtlich
vermindert, wenn der Grundierungsfilm aus konjugierten,
makrozyklischen organischen Substanzen auf der Oberfläche des
Halbleitersubstrats vor der Beschichtung mit dem Photolack gebildet
wird.
Die Fig. 5(a) bis 5(d) sind Querschnitte einer
Halbleitereinrichtung, die die Schritte in der Reihenfolge ihrer
Herstellung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung darstellen.
Wie in Fig. 5(a) gezeigt ist, wird der Grundierungsfilm 7 aus nicht
metallischem Phthalocyanin (zur Abkürzung im weiteren als H2PC
bezeichnet) auf dem Halbleitersubstrat 2 gebildet. NOx als
oxidierendes Gas wird in den Grundierungsfilm 7 eingebracht. Wie die
Reaktionsformel in Fig. 6(a) zeigt, werden durch NOx Elektronen
teilweise vom nicht-metallischen Phthalocyanin (H2PC) mit
konjugierten u-Elektronen abgezogen. Damit weist das nicht
metallische Phthalocyanin die Eigenschaft eines P-Halbleiters auf,
wodurch eine Leitfähigkeit auftritt.
Fig. 6(b) zeigt die Auswirkungen der NOx-Konzentration auf die
Leitfähigkeit des nicht-metallischen Phthalocyanin (H2PC). Die Daten
sind in J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1, 80, 851 (1984) angegeben.
Wie aus Fig. 6(b) ersichtlich ist, wird NOx im Bereich von 0,1 ppm
bis 100 000 ppm bevorzugterweise benutzt, obwohl NOx mit 10 ppm bis
1000 ppm bevorzugterweise zum Grundierungsfilm hinzugefügt wird.
Obwohl ein Fall beschrieben worden ist, bei dem NOx als oxidierendes
Gas verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf
beschränkt. Bevorzugterweise auch Wasserstoffhalogenide, Halogengase
und SOx können benutzt werden.
Wie in Fig. 5(a) dargestellt ist, werden Elektronenstrahlen selektiv
auf den Photolack 8 gestrahlt.
Selbst wenn durch die selektive Bestrahlung mit den
Elektronenstrahlen elektrische Ladung in der Oberfläche des
Photolacks erzeugt wird, treten die elektrischen Ladungen über den
Grundierungsfilm 7 mit der erzeugten Leitfähigkeit zur Masse aus,
wie in Fig. 5(b) gezeigt ist. Damit wird in der Oberfläche des
Photolacks 8 keine Ladung erzeugt.
Wie in Fig. 5(c) dargestellt ist, kann man das Photolackmuster 100
mit bevorzugter Gestalt erhalten, wenn der Photolack 8 entwickelt
wird.
Wie in Fig. 5(d) gezeigt ist, werden das Halbleitersubstrat 2 und
der Grundierungsfilm unter Verwendung des Photolackmusters 100 als
Maske gleichzeitig geätzt. Der Grundierungsfilm 7 kann aufgrund
seiner geringen Dicke einfach weggeätzt werden. Bei diesem Verfahren
wird die Gestalt des Photolackmusters günstig, weil die Aufladung in
der Oberfläche des Photolacks stattfindet. Das wiederum ermöglicht
es, ein Ätzen des Halbleitersubstrats 2 mit gut steuerbarer
Ausdehnungsgenauigkeit auszuführen.
Fig. 7 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitereinrichtung nach einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Auf dem Halbleitersubstrat wird ein
Photolackmuster 8 gebildet, wobei der Grundierungsfilm 7 dazwischen
liegt, der eine Leitfähigkeit erhalten hat. Der Grundierungsfilm 7
wird durch Einlagern des oxidierenden Gases in die konjugierten,
makrozyklischen organischen Substanzen gebildet. Um einen
Source/Drain-Bereich 51 zu schaffen, werden N-Fremdionen 52 in die
Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 implantiert. Obwohl die N-
Fremdionen in die Oberfläche des Photolacks 8 implantiert werden,
kann die sich ergebende elektrische Ladung über den leitend
gemachten Grundierungsfilm 7 zur Masse abfließen. Damit tritt kein
Riß im Photolack 8 durch seine Aufladung auf. Das ermöglicht es, die
Ionen 52 genau zu implantieren.
Obwohl bei den oben angeführten Ausführungsformen der Fall
beschrieben worden ist, bei dem ein Photolack vom negativen Typ
benutzt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Ein Photolack vom positiven Typ kann denselben Effekt wie bei den
oben beschriebenen Ausführungsformen zeigen.
Wie oben beschrieben worden ist, wird beim Verfahren zur Herstellung
von Halbleitereinrichtungen an einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Grundierungsfilm aus organischen Substanzen mit hohem
Photoabsorptionsvermögen auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Damit
wird das vom Halbleitersubstrat reflektierte Licht vermindert. Das
wiederum kann die Schwankung der Ausdehnung des Photolackmusters,
die durch die Mehrfachreflexionen im Film verursacht wird,
unterdrücken. Somit kann ein Ätzen des Halbleitersubstrats 2 mit gut
steuerbarer Ausdehnungsgenauigkeit ausgeführt werden.
Beim Verfahren zur Herstellung der Halbleitereinrichtungen nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der mit einer Leitfähigkeit
versehene Grundierungsfilm vor der Photolackbeschichtung auf dem
Halbleitersubstrat gebildet. Daher wird der Photolack nicht
aufgeladen, wenn der Photolack durch einen Elektronenstrahl
gemustert wird. Somit kann man Photolack einer gewünschten Gestalt
zuverlässig erhalten, und es ist möglich, das Ätzen des
Halbleitersubstrats 2 unter Verwendung des Photolacks als Maske mit
gut steuerbarer Ausdehnungsgenauigkeit auszuführen.
Beim Verfahren zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der mit einer Leitfähigkeit
versehene Grundierungsfilm zwischen dem Photolackmuster und dem
Halbleitersubstrat auf dem Halbleitersubstrat gebildet. Daher wird
der Photolack selbst dann nicht aufgeladen, wenn Fremdionen unter
Verwendung des Photolacks als Maske in die Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrats implantiert werden. Somit kann die Implantation
der Fremdionen exakt ausgeführt werden.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden eines Grundierungsfilms (7) aus einer organischen Substanz mit Sublimationseigenschaft, Photoabsorptionsvermögen und Unlöslichkeit in einem organischen Lösungsmittel auf einem Halbleitersubstrat (2),
Aufbringen von Photolack auf den Grundierungsfilm (7),
selektives Strahlen von Licht (12) auf den Photolack (8),
Entwickeln des Photolacks (8) zur Bildung eines Photolackmusters, und
Ätzen des Halbleitersubstrats (2) unter Verwendung des Photolackmusters als Maske.
Bilden eines Grundierungsfilms (7) aus einer organischen Substanz mit Sublimationseigenschaft, Photoabsorptionsvermögen und Unlöslichkeit in einem organischen Lösungsmittel auf einem Halbleitersubstrat (2),
Aufbringen von Photolack auf den Grundierungsfilm (7),
selektives Strahlen von Licht (12) auf den Photolack (8),
Entwickeln des Photolacks (8) zur Bildung eines Photolackmusters, und
Ätzen des Halbleitersubstrats (2) unter Verwendung des Photolackmusters als Maske.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt des Ätzens des Halbleitersubstrats (2) zur Bildung einer
Gate-Elektrode ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dicke des Grundierungsfilms (7) 500 bis 2000 beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß
die organische Substanz eine konjugierte makrozyklische organische
Substanz aus der Gruppe der nicht-metallischen Phthalocyanin-
Derivate, Porphyrin-Derivate und Dihydro-Dibenzo-Tetraaza-
Cyclotetradecyn-Derivate aufweist.
5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden eines Grundierungsfilms (7) aus einer organischen Substanz mit Sublimationseigenschaft und Unlöslichkeit in einem organischen Lösungsmittel auf einem Halbleitersubstrat (2),
Einlagern eines oxidierendes Gases in den Grundierungsfilm (7), um den Grundierungsfilm (7) leitend zu machen,
Aufbringen von Photolack (8) auf den Grundierungsfilm, Mustern des Photolacks (8) mit einem Elektronenstrahl,
Entwickeln des Photolacks (8) zur Bildung eines Photolackmusters, und
Ätzen des Halbleitersubstrats (2) unter Verwendung des Photolackmusters als Maske.
Bilden eines Grundierungsfilms (7) aus einer organischen Substanz mit Sublimationseigenschaft und Unlöslichkeit in einem organischen Lösungsmittel auf einem Halbleitersubstrat (2),
Einlagern eines oxidierendes Gases in den Grundierungsfilm (7), um den Grundierungsfilm (7) leitend zu machen,
Aufbringen von Photolack (8) auf den Grundierungsfilm, Mustern des Photolacks (8) mit einem Elektronenstrahl,
Entwickeln des Photolacks (8) zur Bildung eines Photolackmusters, und
Ätzen des Halbleitersubstrats (2) unter Verwendung des Photolackmusters als Maske.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die organische Substanz eine konjugierte makrozyklische organische
Substanz aus der Gruppe der nicht-metallischen Phthalocyanin-
Derivate, Porphyrin-Derivate und Dihydro-Dibenzo-Tetraaza
cyclotetradecyn-Derivate aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Gas mit einer Konzentration von 0,1 ppm bis 100 000 ppm
hinzugefügt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß
das oxidierende Gas ein Gas aus der Gruppe NOx,
Wasserstoffhalogenide, Halogengase und SOx ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Dicke des Grundierungsfilms (7) 500 bis 2000 beträgt.
10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Bilden eines Grundierungsfilms (7) aus einer organischen Substanz mit Sublimationseigenschaft und Unlöslichkeit in einem organischen Lösungsmittel auf einem Halbleitersubstrat (2),
Einlagern eines oxidierendes Gases in den Grundierungsfilm (7), um den Grundierungsfilm (7) leitend zu machen,
Aufbringen von Photolack (8) auf den Grundierungsfilm,
Mustern des Photolacks (8), und
Implantieren von Fremdionen in das Halbleitersubstrat (2) unter Verwendung des Photolackmusters als Maske.
Bilden eines Grundierungsfilms (7) aus einer organischen Substanz mit Sublimationseigenschaft und Unlöslichkeit in einem organischen Lösungsmittel auf einem Halbleitersubstrat (2),
Einlagern eines oxidierendes Gases in den Grundierungsfilm (7), um den Grundierungsfilm (7) leitend zu machen,
Aufbringen von Photolack (8) auf den Grundierungsfilm,
Mustern des Photolacks (8), und
Implantieren von Fremdionen in das Halbleitersubstrat (2) unter Verwendung des Photolackmusters als Maske.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schritt der Implantierung der Fremdionen ausgeführt wird, um einen
leitenden Bereich im Halbleitersubstrat (2) zu bilden.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die organische Substanz eine konjugierte makrozyklische organische
Substanz aus der Gruppe der nicht-metallischen Phthalocyanin-
Derivate, Porphyrin-Derivate und Dihydro-Dibenzo-Tetraaza-
Cyclotetradecyn-Derivate aufweist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß
das oxidierende Gas ein Gas aus der Gruppe NOx,
Wasserstoffhalogenide, Halogengase und SOx ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß
das Gas mit einer Konzentration von 0,1 ppm bis 100 000 ppm
hinzugefügt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß
die Dicke des Grundierungsfilms (7) 500 bis 2000 beträgt.
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