DE4317925C2

DE4317925C2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung

Info

Publication number: DE4317925C2
Application number: DE4317925A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Hanawa; Maria Op De Beeck
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-06-09
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2013-05-29
Also published as: DE4317925A1; US5328560A; JPH05343308A; KR960016318B1; KR940001294A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, 3 oder 4.

Für einen Prozeß zur Herstellung von dynamischen 64M- Direktzugriffsspeichern und anschließend anderen Elementen ist es notwendig, eine Viertel-Mikrometer-Lithographietechnologie zu entwickeln. 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 eine 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. eine 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 der Anmelderin bekannten Verfahren ein organischer Antireflexionsfilm verwendet. Der organische Antireflexionsfilm kann vor der Beschichtung durch den Photolack durch Aufbringen eines Novolak-Naphtoguinon-Diazid-Lacks auf das Halbleitersub strat und Härten desselben erhalten werden. Dieses Verfahren führt jedoch zum unten beschriebenen Problem.

Wie in Fig. 15(a) gezeigt ist, wird aufgrund der fehlenden An ziehung zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Novolak-Naphto quinon-Diazid-Lack 30 ein Eckabschnitt 21 der Stufe 2a freige legt, wenn der Novolak-Naphtoquinon-Diazid-Lack 30 dünn auf das Halbleitersubstrat 2 mit der Stufe 2a aufgetragen wird. Wenn der Novolak-Naphtoguinon-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) auf getragen, der gemustert werden soll. Unter Verwendung des gemusterten Lithographie-Photolacks 101 als Maske werden das Halbleitersubstrat 2 und der Antirefle xionsfilm (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.

Die Verwendung eines organischen, absorbierenden Grundierungs films als Antireflexionsfilm ist aus der WO 90/03598 A1 bekannt, aus der auch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterein richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt ist.

Aus der EP 0 159 428 A1 und der EP 0 470 707 A2 ist ebenfalls die Verwendung von organischen lichtabsorbierenden Schichten bei Photolithographieprozessen bekannt. Insbesondere werden das Be deckungsverhalten und das Ätzverhalten solcher Schichten ange sprochen. Aus der GB 2 170 649 A ist eine aufgesputterte Schicht aus Silizium als lichtabsorbierende Schicht bekannt.

Bei einem Lithographieverfahren unter Verwendung des Photolacks mit chemischer Verstärkung vom negativen Typ tritt das oben be schriebene 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 auf gebracht. Dann wird der Elektronenstrahl selektiv auf den Photo lack 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.

Abhilfe schafft die Verwendung elektrisch leitender Grundie rungsfilme oder Photolacke. So ist aus der US 4 702 993 ein Ver fahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung nach dem Ober begriff des Patentanspruches 3 bekannt. Bei dem Verfahren wird ein organischer Film direkt nach dessen Auftragen mittels einer Nachbehandlung durch einen Ionenstrahl elektrisch leitend ge macht. Aus der US 5 019 485 ist es bekannt, einen organischen Film direkt nach dessen Auftragen mittels einer Nachbehandlung durch Bestrahlung leitend zu machen. Aus der EP 0 350 873 A2 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung bekannt, bei dem die Aufladung eines Photolackes durch Leitendmachen des Photolackes simultan mit der Musterung verhindert wird. Aus der US 4 968 583 ist es bekannt, beim Mustern mittels Elektronen strahllithographie eine unterste Schicht eines Vielschichten- Photolackmaterials aus einem organischen, elektrisch leitenden Film zu bilden.

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 Halblei tersubstrats 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 er zeugt, weil der Photolack 30 ein Isolator ist. Wie in der Figur dargestellt ist, tritt das Problem auf, daß im Photolack 30 ein Riß erzeugt wird (eine Erscheinung ähnlich wie ein Blitzschlag). Auch hier schafft die Verwendung elektrisch leitender Grundie rungsfilme oder Photolacke Abhilfe.

Aus der US 4 224 733 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 4 bekannt. Aus der US 5 075 240 ist es bekannt, einen leitenden Photolackfilm als Maske bei der Ionenimplantation zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, einfach durchführbare Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung anzugeben, die sowohl bei der optischen Photolithographie bei Substraten mit einer Stufe als auch bei Verfahren unter Verwendung elektrisch geladener Teilchen eingesetzt werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch das die in den Ansprüchen 1, 3 oder 4 angegebenen Verfahren. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weil die Grundierungsschicht jeweils 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 jeweils nicht im organischen Lösungsmittel des Photolacks gelöst wird, mischt sie sich nicht mit dem Photolack, der als nächstes aufgebracht wird.

Gemäß einen 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 reduzieren, wodurch wiederum die Schwankung der Ausdehnung des Photolackmusters aufgrund der Mehrfachreflexionseffekte im Film unterdrückt werden kann.

Beim Herstellungsverfahren für eine Halbleitereinrichtungen nach einem weiteren Aspekt wird eine mit einer Leitfähigkeit ausgestattete Grundierungsschicht auf dem Halbleitersubstrat geschaffen. Daher wird der Photolack nicht aufgeladen, wenn eine Musterung mit Elektronenstrahlen ausgeführt wird.

Beim Herstellungsverfahren für Halbleitereinrichtungen nach einem weiteren Aspekt wird eine 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.

Es folgt die 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 einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellen;

Fig. 6(a) eine Reaktionsformel für den Fall, daß NO_x, das als oxidierendes Gas dient, in nicht-metallisches Phthalocyanin eingebracht wird;

Fig. 6(b) Auswirkungen der NO_x-Konzentration auf die Leitfähigkeit des nicht-metallischen Phthalocyanins;

Fig. 7 ein Teilquerschnitt einer Halbleitereinrichtung, der ein Verfahren zur Herstellung derselben nach einem dritten Aspekt 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 Abbindezu stand im freiliegenden Abschnitt des Photolacks mit chemischer Verstärkung vom negativen Typ darstellt;

Fig. 13 ein Diagramm zur Erläuterung der Auswirkungen von Mehr fachreflexionen 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 Halbleitereinrich tung, die die Schritte in der Reihenfolge eines der An melderin bekannten Verfahrens zur Herstellung der Halb leitereinrichtung mit einem Schritt der Bildung eines Antireflexionsfilms darstellen;

Fig. 16(a) bis 16(c) Teilquerschnitte einer Halbleitereinrich tung, die die Schritte in der Reihenfolge eines Verfah rens zur Herstellung der Halbleitereinrichtung unter Verwendung eines der Anmelderin bekannten Elektronen strahl-Lithographieverfahrens ohne Verwendung eines leitenden Grundierungsfilms oder Photolacks darstellen; und

Fig. 17 ein der Anmelderin bekanntes Verfahren zur Implantation von Störstellenionen in die Hauptoberfläche des Halb leitersubstrats unter Verwendung eines Photolackmusters ohne Verwendung eines leitenden Grundierungsfilms oder Photolacks.

Die Fig. 1(a) bis 1(f) sind Teilquerschnitte einer Halbleiter einrichtung, die die Schritte in der Reihenfolge ihrer Herstel lung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zei gen.

Wie in Fig. 1(a) dargestellt ist, wird ein Grundierungsfilm 7 aus organischen Substanzen mit Sublimationseigenschaft, Photoabsorption und Unlöslichkeit im organischen Lösungsmittel auf dem Halbleitersubstrat 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 R₁, 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 Quarzplatte 23, die eine konjugierte, makrozyklische organische Verbindung 21 trägt, ist in der Glocke 25 untergebracht. Eine Heizvorrichtung 24 ist unter der Quarzplatte 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 50 bis 200 nm.

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 freiliegenden 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. eine 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. NO_x als oxidierendes Gas wird in den Grundierungsfilm 7 eingebracht. Wie die Reaktionsformel in Fig. 6(a) zeigt, werden durch NO_x Elektronen teilweise vom nicht-metallischen Phthalocyanin (H₂PC) mit konjugierten π-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 NO_x-Konzentration auf die Leitfähigkeit des nicht-metallischen Phthalocyanin (H₂PC). Die Daten sind in J. Chem. Soc. Faraday Trans., 1, 80, S. 851-863 (1984) angegeben. Wie aus Fig. 6(b) ersichtlich ist, wird NO_x im Bereich von 0,1 ppm bis 100.000 ppm bevorzugterweise benutzt, obwohl NO_x mit 10 ppm bis 1000 ppm bevorzugterweise zum Grundierungsfilm hinzugefügt wird.

Obwohl ein Fall beschrieben worden ist, bei dem NO_x als oxidierendes Gas verwendet wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Bevorzugterweise auch Wasserstoffhalogenide, Halogengase und SO_x 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 1,00 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 einem dritten Aspekt 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 nach 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

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten:
Bilden eines Grundierungsfilmes (7) aus einer organischen Sub stanz mit Photoabsorptionsvermögen auf einem Halbleitersubstrat (2), wobei der Grundierungsfilm (7) zumindest in dem organischen Lösungsmittel für den in einem späteren Verfahrensschritt aufzu bringenden Photolack (8) unlöslich ist,
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 Halbleitersubstrates (2) unter Verwendung des Photo lackmusters als Maske, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Substanz durch ein Sublimationsverfahren auf das Halbleitersubstrat aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ätzens des Halblei tersubstrats (2) zur Bildung einer Gate-Elektrode ausgeführt wird.

3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten:
Bilden eines Grundierungsfilmes (7) aus einer organischen Sub stanz auf einem Halbleitersubstrat (2),
Aufbringen von Photolack (8) auf dem Grundierungsfilm,
Mustern des Photolackes (8) mit einem Elektronenstrahl, Entwickeln des Photolackes (8) zur Bildung eines Photolack musters, und
Ätzen des Halbleitersubstrates (2) unter Verwendung des Photo lackmusters als Maske, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Substanz durch ein Sublimationsverfahren aufgebracht wird, daß der Grundierungsfilm (7) zumindest in dem organischen Lösungsmittel für den Photolack (8) unlöslich ist und daß vor dem Aufbringen des Photolackes (8) ein oxidierendes Gas in den Grundierungsfilm (7) eingelagert wird, um den Grundierungsfilm (7) elektrisch leitend zu machen.

4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung, mit den Schritten:
Bilden eines Grundierungsfilmes (7) auf einem Halbleitersubstrat (2),
Aufbringen von Photolack (8) auf dem Grundierungsfilm,
Mustern des Photolackes (8), und
Implantieren von Fremdionen in das Halbleitersubstrat (2) unter Verwendung des Photolackmusters als Maske, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundierungsfilm (7) aus einer organischen Substanz gebildet ist, die durch ein Sublimations verfahren aufgebracht wird, daß der Grundierungsfilm (7) zumin dest in dem organischen Lösungsmittel für den Photolack (8) unlöslich ist und daß vor dem Aufbringen des Photolackes (8) ein oxidierendes Gas in den Grundierungsfilm (7) eingelagert wird, um den Grundierungsfilm (7) elektrisch leitend zu machen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Implantierens der Fremdionen ausgeführt wird, um einen leitenden Bereich im Halb leitersubstrat (2) zu bilden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Substanz eine konju gierte makrozyklische organische Substanz aus der Gruppe der nicht-metallischen Phthalocyanin-Derivate, Porphyrin-Derivate und Dihydro-Dibenzo-Tetraaza-Cyclotetradecyn-Derivate aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das oxidierende Gas ein Gas aus der Gruppe NO_x, Wasserstoffhalogenide, Halogengase und SO_x ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas mit einer Konzentration von 0,1 ppm bis 100.000 ppm hinzugefügt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundierungsfilm (7) mit einer Dicke von 50 bis 200 nm gebildet wird.