DD150274A1 - Verfahren zur herstellung einer lateral strukturierten oberflaechenschicht - Google Patents
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Abstract
Zur Verbesserung der Fotolackhaftung auf Halbleiteroeberflaechen ist es Aufgabe der Erfindung, auf stark toxische Verbindungen, insbesondere Silan-Haftvermittler,zu verzichten und die Fertigungstechnologie im Interesse der Reinhaltung des Substrats einzusschraenken. Bei Fortfall chemischer Verfahrensschritte erfolgt eine physikalische Vorbehandlung des Substrats derart, dasz beispielsweise eine Transistorstruktur mit hochenergetischen Ionen bestrahlt wird.Die Bestrahlung erfolgt nach der Dotierung der Siliziumdioxidschicht unmittelbar vor dem letzten fotolithografischen Schritt mit Leichtionen, beispielsweise Gas-Ionen.
Description
Verfahren zur Herstellung einer lateral strukturierten Oberflächenschicht
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lateral.strukturierten Oberflächenschicht, insbesondere auf dotierten Siliziumdioxidschichten zur Her-
stellung von Halbleiterbauelementen. Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bei.der Herstellung von Halbleiterbauelementen ergeben sich bei der fotolithografischen Strukturierung insbesondere beim Aufbringen von Fotolacken auf phosphordotierte SiOp-Schichten Schwierigkeiten hinsichtlich der Haftung«, Ursache hierfür sind die jeweilig' freien Oberflächenenergiene Während Fotolacke eine relativ niedrige freie Ober-
o ρ
r erg/cm
flächenenergie (<1Cr erg/cm ) besitzen, weisen SiOp-Ober-
o 2 flächen eine freie Oberflächenenergie von > 1Ck erg/cm
Nach K« G. Clark, Electronic Comp· 1973 sind derartige Ver hältnisse für die Fotolackhaftung allgemein ausreichend. Die Oberflächenenergie von SiOp-Schichten ist jedoch insbesondere durch Phosphordotierung und die Art der Temperaturbehandlung derart zu beeinflussen, daß eine hydrophile Oberfläche entsteht, die eine Verschlechterung der Adhäsion von Fotolacken zur Folge hat.
Ursache hierfür sind polare OH-Gruppen, die das Aufziehen eines Feuchtigkeitsfilms bewirken. Die dargestellte Hydrophilie wird durch die in das SiO2 eingelagerten Phosphoratome verstärkt«
Um die Fotolackhaftung auf hydrophilen Halbleiteroberflächen zu verbessern, sind Verfahren zur Behandlung der Oberflächen mit Silizium-organischen Verbindungen bekannt« Beispielsweise wird als Silizium-organische Verbindung Trimethylchlorsilan verwendet. Hierbei laufen folgende Reaktionen ab:
CH,
| — Si — | OH | + 2Cl - | I |
| I | - Si | ||
| -Si — | OH | I | |
| I | CH | ||
CH
CH3
I I
Si-O-Si — CH,
CH
+ 2HCl
— Si-O-Si -CH,
CH,
Die wasseranziehenden OH-Gruppen werden reaktiv in Siloxanstrukturen umgewandelte
CH,
+ 2Cl-Si-
CH,
CH
CH
CH3 CH3I I
Si-O-Si-CH,
+ 2 HCl
CH,
CH,
Der Peuchtigkeitsfilm auf der Oberfläche wird durch Reaktion mit Trimethylchlorsilan unter Bildung eines Siloxane und Chlorwasserstoff entfernt«
Auf diese V/eise entsteht eine hydrophobe Oberfläche,auf der Fotolacke eine verbesserte Haftung aufweisen.
Verbindungen zur Vorbehandlung von SiOp-Schichten sind u. a. in den US-PS 2 763 573 und.3*313 757 beschrieben. Es handelt sich hierbei um Verbindungen wie Trimethylchlorsilan, DimethyIdichlorsilan, Phenyltrichlorsilan, Vinyltrichlorsilan und t -Chlorpropyltrichlorsilan.
Nachteilig bei der Anwendung dieser Substanzen ist es, daß während der Behandlung stark korrodierender Chlorwasserstoff entsteht, der sowohl die Metallschichten
auf dem Halbleitersubstxat als auch die erforderlichen Ausrüstungen zum Aufbringen der Substanzen angreift» Es ist weiterhin bekannt, nicht korrodierende Haftvermittler zu verwenden«. Durch den Einsatz z« B. von Hexymethyldisilazan (Solid State Technol« 16 (1973) 87) oder substituiertem Disylamid US-PS 3 586 554 ergeben sich zwar Verbesserungen hinsichtlich der Korrosion, doch verbleiben hochpolymere Reste, die für das Bauelement hinsiehtlieh der elektrischen Parameter von Nachteil sind. Ein weiterer Mangel bei der Anwendung von Haftvermittlern besteht darin, daß durch das Eintauchen der Si-Scheibe in eine Lösung des Haftvermittlers bzw..durch das Aufbringen mittels einer Fotolackbeschichtungsanlage nicht nur zusätzliche Arbeitsgänge erforderlich sind, sondern auch Nachteile hinsichtlich des Abstandes zwischen Halbleiteroberfläche und lOtolackschicht, hervorgerufen durch die Dicke der zusätzlichen Haftvermittlerschicht, entstehen. Die Schichtdicke bewirkt, daß die Lack'struktur unscharf abgebildet wirde Ein weiteres Verfahren zur Verbesserung der Lackhaftung ist dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiges Monosilan wirksam wird.
Bei der Verwendung von Monosilan wird eine Temperung in einer Monosilan-Stickstoffatmosphäre (Verhältnis 1 : 1000) bei ca* 400 0C durchgeführt (DE-OS 2 153 441). Offenbar werden Silanolstrukturen an der Oberfläche in Si-H-Strukturen umgewandelt, die letztlich die bessere Lackhaftung bewirken ο
Alle offenbarten, unter dem Gesichtspunkt der Lackhaftung äquivalent zu betrachtenden Verfahren haben den gemeinsamen Nachteil, stark toxische Verbindungen zu verwenden. Hieraus ergeben sich nicht nur zusätzliche technologische Verfahrensschritte,- sondern auch die Notwendigkeit der Einführung umfangreicher Sicherheitsmaßnahmen·
Weitere Nachteile bestehen darin, daß die verwendeten Silane als Verunreinigungsquellen wirken oder aber bei der unkontrollierten Reaktion von Silanen mit Wasser sich polymere Siloxane bilden, die nur mit großen Schwierigkeiten zu entfernen sind«
Um den Gesamtkomplex der Haftvermittler abzurunden, ist in der DE-AS 2 361.436 ein Haftvermittler beschrieben, der nicht auf Silanbasis beruhte Es handelt sich um 1-Hydroxyäthyl-2-imidaziline mit verschiedenen Substituentenβ Auch dieser Haftvermittler erfordert innerhalb der Gesamttechnologie zusätzliche Arbeitsschritte und bewirkt die Gefahr der Einschleppung von Verunreinigungen.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, ausgehend von den genannten Nachteilen, zur Verbesserung der Lackhaftung zu einer Vereinfachung der Technologie zu gelangen mit dem Schwerpunkt, Verunreinigungen der Substrate auszuschließen und gleichzeitig den hohen Aufwand zur Einhaltung von Sicherheitsbestimmungen im Hinblick auf die übliche Verwendung toxischer Substanzen in Fortfall zu bringen.
Darlegung des Lesens der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme v/ird die Aufgabe gelöst, unter Verzicht chemischer Verfahrensschritte eine physikalische Vorbehandlung der Substrate in Anwendung zu bringen« Dies erfolgt, indem die 'SiCU-Schicht einer beispielsweisen Transistorstruktur mit hochenergetischen Ionen bestrahlt wird β Die Bestrahlung erfolgt z·' B. mit solchen Ionen, die auch zur Dotierung (Erzeugung von p- und η-leitenden Schicli-. ten) verwendet werden"oder aber in einem gesonderten Verfahrensschritt mit Gasionen«. Die monoenergetischen Ionen durchdringen die Oxidschicht und verändern hierbei in über-
raschender Weise die Oberflächeneigenschaften im Hinblick auf die Fotolackhaftung, ohne hierbei primär den Dotierungszustand zu ändern» .
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn vor der fotolithografischen Strukturierung in der Prozeßfolge eine Implantationsdotierung des Siliziums durch die Oxidschicht hindurch vorgenommen wird«
Die Vorteile der Ionenstrahlbehandlung zur Verbesserung der Lackhaftung auf SiO2~Schichten liegen darin, daß ein Eindringen von Verunreinigungen verfahrensbedingt ausgeschlossen ist und übliche Temperaturschritte, die eine Beeinflussung der Struktur zur Folge haben, in Portfall kommen e Die positive Wirkung auf Lackhaftung wird über einen längeren Zeitraum (mehrere Tage) erzielte Die Vorgänge, die bei der Ionenstrahlbehandlung wirksam werden, sind nicht genau bekannt«. Es v/ird vermutet,, daß durch die Wechselwirkung energiereicher Ionen mit der Oberfläche eine Modifizierung der Struktur mit der Folge einer Reduzierung der OH-Gruppen pro Flächeneinheit eintritt«
An Hand mehrerer Ausführungsbeispiele soll das Verfahren näher erläutert v/erden *
1. Zur Beschichtung einer P-haltigen Si02-0berflächenschicht, z. Be im Ergebnis der Eindiffusion von Transistorstrukturen, erfolgt vorab eine Bestrahlung dieser Schicht mit 100 keV B+-Ionen, Eine Bestrahlungsdosis
14 —2
von 5 x 10 Ionen pro cm ist ausreichend. Die Reichweite der Ionen beträgt in der Oberflächenschicht ca. 300 nm. Danach erfolgt die Beschichtung mit Fotolack in der üblichen Weise·
219627
2β Die Bestrahlung der SiCU-Schicht kann auch mit Gasionen z.« B. lT"t-, 0"r- .oder Ar+-Ionen hei. analoger positiver Beeinflussung der Deckschichtoberfläche "bezüglich der Lackhaftung erfolgen« Bei einer Oxidschichtdicke von 200 nm wird die Deckschichtoberflache mit 120 keV Ar+-Ionen bei
Λίχ. _p
einer Dosis von 1 χ 10 Ionen pro cm bestrahlt. Die Reichweite der Ar+-Ionen beträgt hierbei etwa 120· nm«
Claims (2)
- ErfindungsanspruchVerfahren zur Herstellung einer lateral strukturierten Oberflächenschicht, insbesondere auf dotierten Siliziumdioxidschichten, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Dotierung der Siliziumdioxidschicht unmittelbar vor dem letzten fotolithografischen Schritt die Schicht mit 100 -120 keY Leichtionen bei einer Dosis von 1 bia14 —25 x 10 Ionen pro cm bestrahlt wird«
- 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxidschicht mit B+-Ionen bestrahlt wird«,Verfahren naeh.Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumdioxidschicht mit Gas-Ionen bestrahlt wird«
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD21962780A DD150274A1 (de) | 1980-03-13 | 1980-03-13 | Verfahren zur herstellung einer lateral strukturierten oberflaechenschicht |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD150274A1 true DD150274A1 (de) | 1981-08-19 |
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ID=5523114
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD150274A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5217908A (en) * | 1990-06-20 | 1993-06-08 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having an insulator film of silicon oxide in which oh ions are incorporated |
-
1980
- 1980-03-13 DD DD21962780A patent/DD150274A1/de not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5217908A (en) * | 1990-06-20 | 1993-06-08 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having an insulator film of silicon oxide in which oh ions are incorporated |
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