DE2061699C3 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

und einem hohen Schmelzpunkt sowohl gegen die während der Herstellung der Anordnungen durchgeführten Vorgänge beständig sind als auch ein hohes Ausgangssignal liefern; beispielsweise wird für diese Quadrate Silber verwendet. Theoretisch scheint dieses Verfahren brauchbar zu sein, aber es läßt sich in der Praxis nicht leicht durchführen, weil die Wahl derartiger Metalle mit hohem Schmelzpunkt und hoher Atomzahl, die in genügendem Maße an der Siliciumdioxydoberfläche haften, beschränkt ist, während von den Metallen, die eine genügende Haftung an der Siliciumoxydoberfläche aufweisen, nur wenige — oder gar keine — in ausreichendem Maße gegen die bei der Herstellung durchgeführten Prozesse beständig sind. Silber, das hier als Beispiel erwähnt wird, ist normalerweise ungeeignet, : wenn mehr als ein Vorgang durchgeführt werden muß und ein zweiter Registrierungsschritt erforderlich ist, weil die meisten Vorgänge, z. B. Diffusion und Oxydation, bei Temperaturen weit oberhalb des Schmelzpunktes von Silber durchgeführt werden. Von den bekannten Metallen, die eine genügende Haftung an Siliciumdioxyd aufweisen, sind Aluminium und Titan zu leicht, um eine geeignete Sekundäremission oder ein geeignetes Streuprimärelektronensignal zu liefern, während Chrom reißt und bei den normalerweise angewandten Betriebstemperaturen oxydiert und außerdem das gebildete Chromoxyd in den meisten Ätzmitteln löslich ist. Molybdän, Wolfram und Tantal sind nicht geeignet, weil sie bei den normalerweise angewandten Betriebstemperaturen leicht oxydieren und flüchtige Oxyde bilden, während Gold leicht durch die Siliciumoxydschicht hindurch in das Silicium eindiffundiert. Diese Metalle sind die bekanntesten Metalle, die eine genügende Haftung an Siliciumdioxyd aufweisen können, und es ist einleuchtend, daß von diesen Metallen diejenigen mit genügend hoher Atomzahl, um die erforderliche Sekundäremission oder das erforderliche Streuprimärelektronensignal zu liefern, wenn sie auf dem Siliciumdioxyd angebracht werden, für Ausrichtmuster nicht brauchbar sind, weil sie ungenügend gegen die üblichen Betriebstemperaturen beständig sind, wodurch sie nach Durchführung der Herstellungsprozesse nicht mehr für Registrierungszwecke verwendet werden können.

Wenn ein Vorgang mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchgeführt werden muß, ist es daher erforderlich, daß mindestens ein Ausrichtmuster vorgesehen wird, das genau definierte Ränder aufweist und während des Vorgangs nahezu inert bleibt. Wenn zwei oder mehr Vorgänge mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchgeführt werden müssen, ist es erforderlich, daß das Ausrichtmuster nahezu inert bleibt und genau definierte Ränder aufweist, wenigstens bis zu der Stufe des letzten Vorgangs, während der ein Ausrichtschritt durchgeführt werden muß.

Aus der FR-PS 15 36321 ist es bei der Herstellung von Kontakten an Halbleiterbauelementen bekannt, einen aus Silicium bestehenden Halbleiterkörper mit Platin zu bedampfen und anschließend den Körper zu erhitzen, wodurch Platinsilicid gebildet wird. Aus der DE-PS 12 82196 ist es bekannt, zur Abdichtung von PN-Übergängen auf Halbleiteroxidschichten Palladium und Rhodium aufzubringen. Aus der Zeitschrift Bell Laboratories Record, Vol. 46, Februar 1968, S. 64 und 65 ist es bekannt, zur elektrischen Isolierung eines Halbleiterkörpers eine Schicht aus Zirkon auf der Halbleiteroberfläche anzubringen und sie durch anschließende Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre in Zirkonoxid zu überführen. Aus der Zeitschrift Electronics, Vol. 37, Nov. 1964, S. 82 bis 91 ist es bekannt, bei der Halbleiterherstellung elektronenempfindliche Maskierungsschichten zu verwenden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das in dem Ausrichtmuster verwendete metallische Element aus einer größeren Zahl von Metallen ausgewählt werden kann und bei dem das Ausrichtmuster trotzdem die oben erläuterten Anforderungen hinsichtlich Haftung und inertem Zustand erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht des Ausrichtmusters derart gebilde¹ wird, daß sie direkt an das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers angrenzt und daß die Schicht des Ausrichtmusters neben dem metallischen Element, das Sekundärprozesse auslöst, die auch durch eine auf dem Ausrichtmuster befindliche, elektronenempfindliche Maskierungsschicht hindurch beobachtbar sind, mindestens ein nichtmetallisches Element enthält, so daß die Schicht des Ausrichtmusters während der Herstellungsschritte an der Oberfläche des Halbleiterkörpers haftet.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist im Vergleich zu den oben beschriebenen bekannten Verfahren verschiedene Vorteile auf. Im Vergleich zu der Anbringung eines aus einer Metallschicht bestehenden Ausrichtmusters auf der Siliciumdioxidoberfläche wird durch die Anbringung einer Schicht des Ausrichtmusters, die neben dem metallischen Element mindestens ein nichtmetallisches Element enthält, auf der Halbleiteroberfläche eine größere Zahl der für das Ausrichtmuster zu verwendenden Materialien erhalten, weil während der Herstellung das Ausrichtmuster auf der Halbleiteroberfläche von einer Oxidüberzugsschicht vor Diffusionsmitteln und Sauerstoff geschützt werden kann. Solche Diffusionsmittel und Sauerstoff können nämlich einige dieser Metalle angreifen, die daher, wenn sie auf der Siliciumdioxydoberfläche angebracht werden, für Ausrichtmuster nicht brauchbar sind. Außerdem ist die Zahl geeigneter Materialien größer, weil die Anforderung einer Haftung der Schicht auf Basis von Metall an der Halbleiteroberfläche die Auswahl von Materialien weniger beschränkt als die Anforderung einer Haftung einer Metallschicht an der Siliciumdioxydschicht. Ein weiterer Vorteil der Anbringung des Ausrichtmusters in Form einer Schicht, die neben dem metallischen Element mindestens ein nichtmetallisches Element enthält, auf der Halbleiteroberfläche besteht darin, daß eine auf der Halbleiteroberfläche befindliche Oxydschicht in einer Zwischenstufe der Herstellung ohne Beeinträchtigung der Wirkung des Ausrichtmusters entfernt werden kann, was nicht möglich ist, wenn das Ausrichtmuster auf der Oberfläche der Oxydschichi angebracht ist Dies ist von besonderer Bedeutung bei Verwendung der oben beschriebenen durch Elektronenbestrahlung von Polymethylcyclosiloxan erzeugter Oxydschichten, weil es im allgemeinen üblich ist, die Oxydschicht in verschiedenen Herstellungsstufen ζυ entfernen und durch dieses Verfahren neue Oxydschichten anzubringen.

Die Ausschicht, die neben dem metallischen Element mindestens ein nichtmetallisches Element enthält, kann nicht nur als eine Metallverbindung unmittelbar, ζ. Β durch Zerstäubung, auf der Halbleiteroberfläche angebracht werden. Sondern sie kann auch dadurch gebildet werden, daß eine Metallschicht auf der Halbleiteroberfläche angebracht und die angebrachte Metallschicht anschließend in eine inerte Materialverbindung umge·

wandelt wird. Im letzteren Fall kann die Umwandlung gegebenenfalls, in Abhängigkeit von dem gewählten Metall, eine Reaktion mit dem Halbleitermaterial mit sich bringen.

Gemäß einer entsprechenden Weiterbildung der Erfindung wird das Ausrichtmuster dadurch gebildet, daß eine Metallschicht auf Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörpers angebracht und anschließend eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, mit deren Hilfe eine inerte Verbindung des Metalls durch eine Reaktion mit dem Halbleitermaterial erhalten wird.

Wenn die Verbindung gebildet wird, ohne daß eine Reaktion zwischen dem Metall und dem Halbleitermaterial stattfindet, kann das Metall dadurch in eine Metallverbindung umgewandelt werden, daß das Metall oxidiert wird, so daß ein stabiles und inertes Oxid erhalten wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, bei der der Halbleiterkörper aus Silicium besteht, wird das Ausrichtmuster durch Erhitzung einer Ablagerung eines der Metalle Platin, Palladium oder Rhodium auf Teilen der Siliciumoberfläche gebildet.

Von diesen drei Metallen wird Platin bevorzugt, das bei Erhitzung mit Silicium leicht Platinsilicid bildet. Auf gleicher Weise bildet Palladium bei Erhitzung mit Silicium Palladiumsilicid. Bei den normalerweise bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen angewandten Temperaturen bleiben die Silicide von Platin und Palladium nahezu inert, während ihre Haftung an Silicium genügend ist. Es wurde gefunden, daß die Ränder eines aus Platinsilicid bestehenden Ausrichtmusters nach einem Oxydations- oder Diffusionsvorgang bei hoher Temperatur noch genügend scharf definiert sind.

Wenn die Schicht des Ausrichtmusters dadurch erhalten wird, daß eine angebrachte Metallschicht erhitzt wird, so daß sie mit dem Halbleiterkörper zur Reaktion gebracht wird, wird die Wahl des Metalls gewissermaßen durch die Art der durchgeführten Vorgänge bestimmt. Im allgemeinen muß die Löslichkeit des Metalls in dem Halbleiterkörper aber niedrig sein. Außerdem soll die für die Reaktion erforderliche Temperatur nicht zu hoch sein, damit unerwünschte Einwirkungen auf das Halbleitermaterial vermieden werden. Obgleich Platin bei Verwendung eines aus Silicium bestehenden Halbleiterkörpers besonders geeignet ist, weil es bei einer akzeptabelen Temperatur Platinsilicid bilden kann, kommt die Verwendung einer Schicht des Ausrichtmusters, die durch Erhitzung von Metallen wie Molybdän, Wolfram und Tantal in Kontakt mit der Halbleiteroberfläche gebildet werden, auch in Betracht, vorausgesetzt, daß das Siliciummateriai ohne irgendwelche unerwünschte, die Eigenschaften der Halbleiteranordnung beeinträchtigende Effekte die hohen angewandten Temperaturen aushalten kann.

Ein aus Platinsilicid bestehendes Ausrichtmuster kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erhalten werden, daß zunächst eine Oxydschicht auf der Siliciumoberfläche gebildet wird, wonach in der Oxidschicht öffnungen angebracht werden, deren ' Umfang und Lage nahezu denen des zu erhaltenen Ausrichtmusters entsprechen, daß anschließend Platin in der öffnung und auf der Oberfläche des übrigen Teils der Oxydschicht abgelagert wird, während der Körper erhitzt wird, wodurch sich durch Reaktion des Platins mit dem unterliegenden Silicium an der Stelle der öffnungen Platinsilicid bildet, und daß darauf das nicht zur Reaktion mit dem Silicium gebrachte, auf der Oxydschicht befindliche Platin entfernt wird. Nach Weiterbildungen der Erfindung kann die Dicke des aus Platinsilicid bestehenden Ausrichtmusters mindestens 100 ÄE und vorzugsweise mindestens 0,5 μίτι betragen.
Das Ausrichtmuster kann statt durch eine Reaktion eines Metalls mit dem Halbleitermaterial auch gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch gebildet werden, daß eine Metallschicht auf der Halbleiteroberfläche angebracht und anschließend eine Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre durchgeführt wird, wodurch ein inertes Oxyd des Metalls gebildet wird. Die angebrachte Metallschicht kann vorzugsweise aus Zirkon bestehen, und die Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre

. c zur Bildung eines aus /irkonoxid bestehenden Ausrichtmusters durchgeführt werden.

Beispielsweise können Hafnium oder Thorium angebracht werden, die nachher zur Bildung der Oxyde dieser Metalle erhitzt und oxydiert werden.

Die Schicht des Ausrichtmusters kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einem einzigen Herstellungsschritt auf der Halbleiteroberfläche angebracht werden. Vorzugsweise kann eine Zirkonoxidschicht oder eine Platinsilicidschicht durch Zerstäubung angebracht werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Halbleiterkörper als eine Scheibe ausgebildet, wobei eine Anzahl von Anordnungen an gesonderten Stellen in der Oberfläche der Scheibe gebildet werden und wobei eine Anzahl von Ausrichtmustern in regelmäßigen Abständen auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegen.

Die Anordnungen können z. B. Transistoren oder integrierte Schaltungen sein. Jede Zone kann mit einer Anzahl von Ausrichtmustern zusammenwirken. Die Anzahl auf der Scheibe angebrachter Ausrichtmuster ist jedoch von dem in einem gegebenen Bereich erzielbaren Steuerungsgrad des Elektronenstrahls und von den Aberrationen des Elektronenstrahls abhängig.

Ein mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchgeführter Herstellungsschritt kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung darin bestehen, daß ein Muster in einer elektronenempfindlichen Maskierungsschicht gebildet wird.

Die Maskierungsschicht kann z. B. eine positive oder eine negative Maskierungsschicht sein.

Ein mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchgeführter Herstellungsschritt kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung auch darin bestehen, daß eine Oxidschicht auf der Halbleiteroberfläche dadurch gebildet wird, daß ein auf der Oberfläche angebrachter Film aus einer organischen Siliciumverbindung selektiv einem Elektronenbeschuß unterworfen wird.

Die organische Siliciumverbindung kann z. B. eine derartige Form haben, daß die Oxidschichtteile auf den bestrahlten Teilen gebildet werden, während die nicht bestrahlten Teile mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden. In gewissen Fällen kann es aber empfehlenswert sein, eine Verbindung zu verwenden, bei der die Oxidschichtteile auf den nicht bestrahlten Teilen gebildet werden, während die bestrahlten Teile mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels entfernt werden. Auf diese Weise kann das vom Elektronenstrahl abgetastete Gebiet verhältnismäßig klein sein.

Nach einer Bildung der Oxidschicht kann, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, ein Verunreinigungselement in die nicht mit den Oxidschichtteilen überzogenen Teile der Halbleiteroberfläche eingeführt

werden, wonach die Oxidschicht unter Beibehaltung des oder der Ausrichtmusters entfernt und eine zweite Oxidschicht dadurch auf der Oberfläche gebildet wird, daß ein auf der Oberfläche angebrachter Film aus einer organischen Siliciumverbindung selektiv einem Elektronenbeschuß unterworfen wird, wobei das oder die Ausrichtmuster für Justierzwecke bei der Bildung der zweiten Oxidschicht verwendet werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können das oder die Ausrichtmuster dadurch identifiziert werden, daß die in ihnen ausgelöste Sekundärelektronenemission oder die in ihnen gestreuten Primärelektronen detektiert werden. Die Detektion der Sekundärelektronenemission oder der gestreuten Primärelektronen kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur '5 Einstellung des Brennpunktes des zur Durchführen eines Herstellungsschritts verwendeten Elektronenstrahls benutzt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Verfahren zur Herstellung eines olanaren bipolaren Siliciumtransistors betrifft, ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Figur zeigt eine Draufsicht auf einen Teil der Oberfläche einer Siliciumscheibe mit einer Anzahl aus Platinsilicid bestehender Ausrichtmuster in einer Anfangsstufe der Herstellung.

Es wird von einem η+ -leitenden Siliciumsubstrat ausgegangen, das einen spezifischen Widerstand von 0,005 Ω · cm aufweist und als eine Scheibe mit einer Dicke von etwa 200 μηι und einem Durchmesser von 3,8 cm ausgebildet ist. Eine aus Silicium bestehende η-leitende epitaktische Schicht mit einem spezifischen Widerstand von 0,5 Ω · cm und einer Dicke von 7 μίτι wird auf einer gut bearbeiteten Oberfläche des Substrats angewachsen. Die Oberfläche der epitaktisehen Schicht wird auf geeignete Weise gereinigt und in feuchtem Sauerstoff bei 1000⁰C während 90 Minuten thermisch oxydiert, wodurch eine Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von 6000 Ä auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht gebildet wird.

Die positive elektronenempfindliche Maskierungsschicht aus Polymethylmetacrylat wird dann durch einen Spinnprozeß gleichmäßig auf die Oberfläche der Oxidschicht aufgebracht, wodurch ein Film von etwa 6000 Ä gebildet wird. Dann wird eine Ausheizbehandlung bei 100°C während 20 Minuten durchgeführt. Mit Hilfe einer Elektronenstrahleinrichtung wird die Maskierungsschicht selektiv gemäß einer ersten Maske, die zu einer Reihe von fünf vorher bestimmten, auf einem Filmstreifen angebrachten Masken gehört, mit Elektronen bombardiert

Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Elektronenstrahleinrichtung enthält Mittel zum Fokussieren eines Elektronenstrahls auf einen Punkt mit einem im Bereich unter einem Mikron liegenden Durchmesser bei einer Stromdichte von 30 A/cm². Zwei Paare doppelter Ablenkspulen zur Abtastung in der x- und in der y-Richtung sind innerhalb der Objektivlinse der Einrichtung angeordnet und können zur Orientierung des Musters in bezug auf das Halbleitersubstrat, das auf einem mechanisch bewegbaren Tisch montiert ist, verdreht werden. Das Substrat kann durch Abtastelektronenmikroskopie beobachtet werden, wobei der Sekundärelektronen- oder Streuprimärelektronenfluß mit Hilfe einer Anordnung aus Gittern und Szintillatoren gemessen werden kann. Die Anordnung ist Ober ein leichtes Rohr mit einem außerhalb des Vakuumsystems der Einrichtung liegenden Photovervielfacher verbunden. Mit Hilfe des Ausgangssignals wird ein Fernsehbild erhalten, das synchron mit dem Elektronenstrahl abgetastet wird, wobei die Abtastspannungen Widerständen in Reihe mit den Ablenkspulen des Elektronenstrahls entnommen werden.

Die auf dem Filmstreifen liegenden Masken werden synchron mit dem Elektronenstrahl von einem Photovervielfacher und einem Lichtpunktabtaster ausgelesen. Das Ausgangssignal des Photovervielfachers macht eine Schmitt-Kippschaltung wirksam, die zur Diskriminierung zwischen »ein« und »aus« eingestellt ist, so daß ein möglichst zuverlässiges Auslesen der Masken erhalten wird. Diese Kippschaltung setzt einen Modulator in Betrieb, der die Strahlaustastplatten der Einrichtung wirksam mach!.

Nach einer ersten Ausrichtung des auf dem Tisch angeordneten Halbleitersubstrats in bezug auf die x- und _y-Achsen der mechanischen Bewegung wird die elektronenempfindliche Schicht aus Polymethylmeiacrylat gemäß der ersten Maske auf dem Filmstreifen der Einwirkung des Elektronenstrahls unterworfen. Eine Anzahl rechteckiger Zonen vom 100 μΐη χ 100 μιη, die in regelmäßigen Abständen von 1 mm voneinander entfernt sind, werden mit Elektronen bombardiert. Nach Entfernung von dem Tisch werden die bestrahlten Teile in Isopropylalkohol gelöst. Eine weitere Ausheizbehandlung bei 170⁰C wird während 20 Minuten durchgeführt, wodurch der verbleibende Teil der Maskierungsschicht genügend unlöslich in dem nachher zu verwendenden Ätzmittel wird. Die Entfernung der in den bestrahlten Teilen vorhandenen Maskierungsschicht hat zur Folge, daß die unterliegende Siliciumoxidschicht frei gelegt wird. Dann wird ein Ätzvorgang in gepufferter 10 °/oiger Flußsäure durchgeführt, wodurch Öffnungen in der Siliciumoxidschicht gebildet werden und die unterliegende Oberfläche der aus Silicium bestehenden epitaktischen Schicht frei gelegt wird. Die verbleibenden Teile der Maskierungsschicht werden dann durch Lösung in Aceton entfernt. Bei dieser Stufe der Herstellung befindet sich auf der epitaktischen Schicht eine Siliciumoxidschicht.mit einer Anzahl rechteckiger öffnungen von 100 μπι χ 100 μιη, die in regelmäßigen Abständen von 1 mm voneinander liegen und durch die die Siliciumoberfläche frei gelegt wird.

Eine Platinschicht mit einer Dicke von 0,5 μηι wird auf die ganze Oberfläche der Oxidschicht - einschließlich der darin angebrachten öffnungen — aufgedampft. Der Körper mit der darauf angebrachten Platinschicht wird dann erhitzt, während welcher Behandlung das Platin in Kontakt mit dem Silicium in den öffnungen in der Oxidschicht mit dem Silicium reagiert und Platinsilicid bildet Das Platin auf der Oxidschicht bleibt während dieser Behandlung nahezu inert und wird anschließend unter Beibehaltung der Platinsilicidzonen dadurch entfernt, daß es mit Hilfe von Königswasser gelöst wird. Die Siliciumoxydschicht wird dann mit Hilfe gepufferter 10 %iger Flußsäure entfernt Bei dieser Herstellungsstufe befinden sich auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht des Siliciumkörpers eine Anzahl genau definierter rechteckiger Platinsilicidzonen von 100 μιη χ 100 μιη mit einer Dicke von etwa 0,5 μπι.

Die Figur der Zeichnung zeigt eine Draufsicht auf einen Teil der Siliciumscheibe 1, auf der sich die Platinsilicidzonen 2 befinden, die bei den nachher mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchzuführenden Vorgängen als Ausrichtmuster verwendet werden. Mit gestrichelten Linien angedeutete Zonen 3 zeigen die

Stellen auf der Siliciumoberfläche, an denen gesonderte Transistorgebilde nachher gebildet werden müssen, wobei jede dieser Zonen mit vier der an den vier Ecken der betreffende Zone liegenden Ausrichtmuster zusammenwirken. Nachstehend wird die Herstellung nur eines einzigen Transistorgebildes beschrieben, aber wenn von Prozessen, wie Diffusion, Maskierung, Ätzung usw., die Rede ist, werden die Prozesse naturgemäß gleichzeitig an allen dargestellten Zonen 3 durchgeführt.

Die nächste Herstellungsstufe besteht darin, daß Polymethylcyclosiloxan durch einen Spinnprozeß auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht — einschließlich der Platinsilicidausrichtmuster — angebracht wird, wobei sich ein Film mit einer Dicke von etwa 6000 Ä bildet. Dann wird die Scheibe wieder auf dem Tisch der Elektronenstrahleinrichtung montiert, wobei durch Anwendung geeigneter Lehren die annähernde Ausrichtung der Scheibe in bezug auf ihre frühere Lage auf dem Tisch aufrechterhalten wird.

Mit Hilfe der zweiten Maske auf dem Filmstreifen wird nun die Polymethylcyclosiloxanschicht selektiv der Einwirkung des Elektronenstrahls unterworfen. Diese Maske besteht aus einer Anzahl von Zonen, die die Basisdiffusionsfenster des Transistors definieren, während die Maske außerdem ein gleiches Muster wie die erste Maske, d. h. ein Muster zur Bildung der aus Platinsilicid bestehenden Ausrichtmuster, enthält, bei dem aber die Ausrichtzonen kleiner sind. Auf folgende Weise wird vor der Bestrahlung gemäß der zweiten Maske ein Registrierungsschritt durchgeführt:

Die Siliciumscheibe wild auf mechanischem Wege derart angeordnet, daß eine der Zonen 3 sich während der Austastung des Elektronenstrahls nahezu unterhalb dieses Strahls befindet. Ein auf geeignete Weise verkleinertes Abtastgebiet wird selektiert, so daß nur eine der Registrierungsausrichtzonen der Maske und des Substrats vom Lichtpunktabtaster bzw. vom Elektronenstrahl abgetastet wird. Obgleich das aus Platinsilicid bestehende Ausrichtmuster mit Polymethylcyclosiloxan überzogen ist, kann es durch Abtastelektronenmikroskopie dadurch identifiziert werden, daß der Elektronenstrahl ein- und ausgeschaltet wird, je nachdem das Mustersignal gleichzeitig auch vom Lichtpunktabtaster ausgelesen wird.

Die Siliciumscheibe kann mechanisch und die Maske kann elektrisch bewegt werden, bis Scheibe und Maske sich auf richtige Weise überdecken. Ausrichtmusterpaare werden wechselweise selektiert, wodurch geprüft werden kann, ob die Orientierung jnd die Maßstäbe zusammenfallen.

Dann wird die Polymethylcyclosiloxanschicht gemäß der zweiten Maske bestrahlt. Die nicht bestrahlten Teile werden anschließend in Aceton gelöst. Der Beschüß mit dem Elektronenstrahl bewirkt, daß die bestrahlten Teile in eine Oxidschicht umgewandelt werden, die als eine Diffusionsmaske wirken kann.

Nach Entwicklung in Aceton wird eine Verdichtungsbehandlung der gebildeten Oxidschicht durchgeführt, indem bei 1000°C während 30 Minuten in einer trocknen Stickstoffatmosphäre erhitzt wird. Bei dieser Herstellungsstufe befindet sich die aus dem Polymethylcyclosiloxan erhaltene Oxidschicht auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht der Siliciumscheibe, wobei eine Anzahl von Basisdiffusionsfenstern in dieser Oxidschicht vorhanden sind und wobei die aus Platinsilicid bestehenden Ausrichtmuster nach wie vor auf der Siliciumoberfläche liegen und teilweise mit Siliciumoxid überzogen sind.

Dann wird ein üblicher Bordiffusionsschritt durchgeführt, wobei die Ablagerung bei 1000°C während 30 Minuten aus einer Bornitridquelle staltfindet, während die Eindiffusion während 35 Minuten bei 1180°C unter trocknen, feuchten und trocknen Sauerstoffbedingungen erfolgt; es werden dam ein Flächenwiderstand von 100 Ω und eine Übergangstiefe von 2 μηι erhalten. Während dieses Diffusionsschritts bleiben die aus Platinsilicid bestehenden Ausrichtmuster nahezu inert

ίο und ändern ihre Abmessungen nicht.

Die durch Elektronenbestrahlung des Polymelhylcyclosiloxans erhaltene Oxidschicht wird dann durch Lösung in Flußsäure entfernt. Nach Entfernung der Oxidschicht werden die aus Platinsilicid bestehenden

'5 Ausrichtmuster wieder frei gelegt. Ein weiterer Polymethylcyclosiloxan-Film wird durch einen Spinnprozeß auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht — einschließlich der Platinsilicid-Ausrichtmuster - angebracht, wodurch ein Film mit einer Dicke von 6000 A gebildet wird. Bei Verwendung der dritten Maske auf dem Filmstreifen werden ein Registrierungsschritt und die Bestrahlung genau auf die oben beschriebenen Weise durchgeführt, wobei die Platinsilicid-Ausrichtmuster zum Ausrichten in bezug auf entsprechende Ausrichtzonen auf der dritten, die Emitterdiffusionsfensterzonen definierenden Maske verwendet werden. Nach Bestrahlung werden die nicht nicht bestrahlten Teile und die verbleibende Oxidschicht auf die oben bereits beschriebene Weise verdichtet. Ein üblicher Emitterdiffusionsschritt wird dann mit Hilfe einer Phosphoroxychloridquelle durchgeführt. Die Ablagerung wird bei 975°C während 30 Minuten und die Eindiffusion wird bei 1000°C während einer Gesamtperiode von 70 Minuten unter trocknen, feuchten und trocknen Sauerstoffbedingungen durchgeführt. Dadurch wird eine η-leitende Emitterzone gebildet, die einen Flächenwiderstand von 3 Ω und eine Übergangstiefe von 1,6 μηι aufweist. Während dieses Emitterdiffusionsschritts bleiben die Platinsilicid-Ausrichtmuster inert und werden nicht durch die Herstellungsschritte beeinflußt.

Die Oxidschicht wird dann mit Hilfe von Flußsäure entfernt, wonach durch einen Spinnvorgang wieder ein Polymethylcyclosiloxan-Film mit einer Dicke von

6000 Ä angebracht wird. Bei Verwendung der vierten Maske auf dem Filmstreifen werden ein Registrierungsschritt und die Bestrahlung genau auf die bereits beschriebene Weise durchgeführt, wobei die Platinsilicid-Ausrichtmuster zum Ausrichten in bezug auf entsprechende Ausrichtzonen auf der vierten, die Emitter- und Basiskontaktfensterzonen definierenden Maske verwendet werden. Nach Bestrahlung werden die nicht bestrahlten Teile gelöst, wonach die verbleibende Oxidschicht, die die passivierende Schicht auf der Siliciumoberfläche bildet, auf 900°C während 30 Minuten erhitzt wird. Infolge dieser kürzeren Periode wird ein zu starkes Eindiffundieren der Phosphoremitterdiffusionskonzentration verhindert Bei dieser Herstellungsstufe befindet sich auf dem Siliciumkörper, in dem die Transistorgebiete in jeder der Zonen 3 gebildet werden, eine Oxidschicht mit öffnungen, durch die die Emitter- und Basiszonen für Kontaktierungszwecke frei gelegt werden. Die Platinsilicid-Ausrichtmuster sind noch vorhanden und teilweise mit einer Oxidschicht überzogen.

Eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1 μηι wird dann auf der Oberfläche der Oxidschicht und in den darin angebrachten Öffnungen abgelagert. Ein Polyme-

thylcyclosiloxan-Film mit einer Dicke von 6000 Ä wird dann auf der Oberfläche der Aiuminiumschicht angebracht. Anschließend wird die Scheibe auf dem Tisch der Eiektronenstrahleinrichiung angeordnet und werden unter Verwendung der fünften Maske auf dem Filmstreifen ein Registrierungsschritt und die Bestrahlung genau auf die oben bereits beschriebene Weise durchgeführt, wobei die Platinsilicid-Ausrichtzonen zum Ausrichten in bezug auf entsprechende Ausrichtzonen auf der fünften, das Aluminium-Verbindungsmuster definierenden Maske verwendet werden. Die nicht bestrahlten Teile des Poiymethylcyclosiloxan-Films werden in Aceton gelöst. Der verbleibende Polymethylcyclosiloxan-Film wird dann bei 120⁰C während 5 Minuten an der Luft ausgeheizt, wonach die frei gelegten Teile der Aluminiumschicht mit Phosphorsäure entfernt werden. Schließlich wird das verbleibende Polymethylcyclosiioxan mit Trichlorethylen entfernt. Die Scheibe wird dann längs zueinander senkrechter Linien zwischen den Zonen 3 unterteilt und jeder Transistor wird in üblicher Weise montiert und in einer Umhüllung untergebracht.

Statt Platin können auch andere Metalle zur Bildung der Ausrichtmuster verwendet werden. In gewissen Fällen kann die ein metallisches und mindestens ein nichtmetallisches Element enthaltende Schicht des Ausrichtmuslers unmittelbar auf der Halbleiteroberflä-

ehe angebracht werden, ohne daß die Durchführunj einer Wärmebehandlung zur Bildung einer Verbindung mit dem Halbleitermaterial erforderlich ist, wie dies be dem beschriebenen Verfahren zum Anbringen vot Platin auf einer Siliciumoberfläche zur Bildung eine; Platinsilicid-Ausrichtmusters der Fall ist.

Die Erzeugung eines Musters in einer elektronen empfindlichen Schicht mit Hilfe eines Elektronenstrahl; kann auch auf andere Weise als bei dem ober beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahren; erfolgen. Zum Beispiel kann die Abtastung dei elektronenempfindlichen Schicht durch den Elektronen strahl von einem Rechner gesteuert werden.

Obgleich bei dem oben beschriebenen Ausführungs beispiel die Herstellung des Transistors auch die Schritte zur Bildung einer Anzahl gesonderter Oxid schichten mit Hilfe der selektiven Elektronenbestrah lung einer organischen Verbindung umfaßt, kann aud eine übliche Planartechnik Anwendung finden, bei dei die anfängliche gebildete Oxidschicht während einei Anzahl von Schritten beibehalten wird. Hierbei wird dei Elektronenstrahl zur Bestrahlung einer elektronenemp findlichen Maskierungsschicht verwendet, wobei die Oxidschicht anfänglich auf übliche Weise angebraehl und während aes ganzen Herstellungsverfahren« beibehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, bei dem an einer Oberfläche mit Hilfe eines Elektronenstrahls mindestens ein Herstellungsschritt durchgeführt wird und bei dem vor dem Durchführen dieses Herstellungsschritts auf Teile der Oberfläche mindestens ein zur Justierung des Elektronenstrahls ίο dienendes Ausrichtmuster angebracht wird, das aus einer während der Herstellungsprozesse der Halbleiteranordnung inert bleibenden, ein metallisches Element enthaltenden Schicht besteht und das mit Hilfe von durch den Elektronenstrahl ausgelösten Sekundärprozessen indentifizierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Ausrichtmusters (2) derart gebildet wird, daß sie direkt an das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers angrenzt und daß die Schicht des Ausrichtmusters (2) neben dem metallischen Element, das Sekundärprozesse auslöst, die auch durch eine auf dem Ausrichtmuster befindliche, elektronenempfindliche Maskierungsschicht hindurch beobachtbar sind, mindestens ein nichtmetallisches Element enthält, so daß die Schicht des Ausrichtmusters während der Herstellungsschritte an der Oberfläche des Halbleiterkörpers haftet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtmuster (2) dadurch gebildet wird, daß eine Metallschicht auf Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörpers angebracht und anschließend eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, mit deren Hilfe eine inerte Verbindung des Metalls durch eine Reaktion mit dem Halbleitermaterial erhalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silicium besteht und das Ausrichtmuster (2) durch Erhitzung einer Ablagerung eines der Metalle Platin, Palladium oder Rhodium auf Teilen der Siliciumoberfläche gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Platinsilicid bestehendes Ausrichtmuster (2) dadurch erhalten wird, daß zunächst eine Oxidschicht auf der Siliciumoberfläche gebildet wird, wonach in der Oxidschicht Öffnungen angebracht werden, deren Umfang und Lage nahezu denen des zu erhaltenen Ausrichtmusters entsprechen, daß anschließend Platin in der Öffnung und auf der Oberfläche der verbleibenden Oxidschicht abgelagert wird, während der Körper, erhitzt wird, wodurch sich durch Reaktion des Platins mit dem unterliegenden Silicium an der Stelle der Öffnungen Platinsilicid bildet, und daß darauf das nicht zur Reaktion mit dem Silicium gebrachte, auf der Oxidschicht befindliche Platin entfernt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des aus Platinsilicid bestehenden Ausrichtmusters (2) mindestens 100 + Ae beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des aus Platinsilicid besiehenden Ausrichtmusters (2) mindestens 0,5 μιη beträgt. ⁶S

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtmuster dadurch gebildet wird, daß eine Metallschicht auf dor H^'bicMtcrobcrfläche angebracht und anschließend eine Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird, wodurch ein inertes Oxid des Metalls gebildet wird.

S. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die angebrachte Metallschicht aus Zirkon besteht und die Wärmebehandlung in einer oxidierenden Atmosphäre zur Bildung eines aus Zirkunoxid bestehenden Ausrichtmusters durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtmuster (2) in einem einzigen Herstellungsschritt auf der Halbleiteroberfläche angebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Ausrichtmusters (2) aus Zirkonoxid besteht, das durch Zerstäubung angebracht wird.

U. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Ausrichtmusters (2) aus durch Zerstäubung angebrachtem Platinsilicid besteht.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper als eine Scheibe (1) ausgebildet ist, wobei eine Anzahl von Anordnungen an gesonderten Stellen in der Oberfläche der Scheibe (1) gebildet werden und wobei eine Anzahl von Ausrichtmustern (2) in regelmäßigen Abständen auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegen.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchgeführter Herstellungsschritt darin besteht, daß ein Muster in einer elektronenempfindlichen Maskierungsschicht gebildet wird.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchgeführter Herstellungsschritt darin besteht, daß eine Oxidschicht dadurch auf der Halbleiteroberfläche gebildet wird, daß ein auf der Oberfläche angebrachter Film aus einer organischen Siliciumverbindung selektiv einem Elektronenbeschuß unterworfen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bildung der Oxidschicht ein Verunreinigungselement in die nicht mit den Oxidschichtteilen überzogenen Teile der Halbleiteroberfläche eingeführt wird, wonach die Oxidschicht unter Beibehaltung des oder der Ausrichtmuster entfernt und eine zweite Oxidschicht dadurch auf der Oberfläche gebildet wird, daß ein auf der Oberfläche angebrachter Film aus einer organischen Siliciumverbindung selektiv einem Elektronenbeschuß unterworfen wird, wobei das oder die Ausrichtmuster für Justierungszwecke bei der Bildung dieser zweiten Oxidschicht verwendet werden.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Ausrichtmuster dadurch identifiziert werden, daß die in ihnen ausgelöste Sekundärelektronenemission oder die in ihnen gestreuten Primärulektronen dctektiert werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion der Sekundärelektronenemission oder der Bestreuten Primärelek-

tronen zur Einstellung des Brennpunkts des zum Durchführen eines Herstellungsschrittes verwendeten Elektronenstrahls benutzt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, bei dem an einer Oberfläche mit Hilfe eines Elektronenstrahls mindestens ein Herstellungsschritt durchgeführt wird und bei dem vor dem Durchführen dieses Herstellungsschritts auf Teile der Oberfläche mindestens ein zur Justierung des Elektronenstrahls dienendes Ausrichtmuster angebracht wird, das aus einer während der Herstellungsprozesse der Halbleiteranordnung inert bleibenden, ein metallisches Element enthaltenden Schicht besteht und das mit Hilfe von durch den Elektronenstrahl ausgelösten Sekundärprozessen identifiziert ist.

Die Elektronenstrahltechnologie kann bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen auf verschiedene Weise verwendet werden; ihre Anwendung ist von besonderer Bedeutung bei der Herstellung planarer Haibleiteranordnungen, wie Transistoren und integrierte Halbleiterschaltungen. Es wurde gefunden, da3 viele der der Planartechnik anhaftenden Nachteile be seitigt werden können, wenn bei verschiedenen Herstellungsstufen Elektronenstrahltechniken verwendet werden. Es wurde bereits vorgeschlagen, ein Muster in einer Photoreservierungsschicht dadurch zu definieren, daß eine elektronenempfindliche Maskierungsschicht selektiv der Einwirkung eines Elektronenstrahls unterworfen wird. Die Maskierungsschicht wird dann zum Definieren eines Musters in einer darunterliegenden Isolierschicht oder Metallschicht benutzt. Bei der Erzeugung des Musters in der Maskierungsschicht mit Hilfe eines Elektronenstrahls wird die Anwendung einer photographischen Maske in Kontakt mit dem Halbleiterkörper vermieden, und es können sehr genau definierte öffnungen sehr geringer Breite gebildet werden. Ein für eine elektronenempfindliche positive Maskierungsschicht geeignetes Material ist Polymethylmetacrylat. Nach einem aus »Britisch Journal of Applied Physics« 16 (1965), 359 bis 364 bekannten Verfahren werden Elektronenstrahltechniken bei der Herstellung planarer Halbleiteranordnungen zur Bildung einer Oxydschicht auf einer Halbleiteroberfläche mit Hilfe einer von einem Elektronenstrahl eingeleiteten schemischen Reaktion verwendet. Insbesondere wird dabei eine Oxydschicht auf einer Halbleiteroberfläche angebracht, indem eine dünne Schicht einer Lösung einer organischen Siliciumverbindung auf der Halbleiteroberfläche angebracht und diese Schicht selektiv der Einwirkung eines Elektronenstrahls unterworfen wird. Die bestrahlten Teile der Schicht werden geändert und werden unlöslich in gewissen organische Lösungsmitteln, die die nicht bestrahlten Teile der Schicht lösen. Durch eine Wärmebehandlung der resultierenden Schicht kann ein Oxydmaterial erhalten werden, dessen Eigenschaften, wie die Ätzgeschwindigkeit und die maskierende Wirkung gegen Diffusionsmittel, denen der durch übliche Techniken hergestellten Oxydschichten nahezu gleich sind. Eine derartige organische Siliciumverbindung, mit deren Hilfe eine Oxydschiclit auf einer Siliciumoberfläche durch das Elektronenstrahlverfahren der beschriebenen Art gebildet werden kann, ist pGlyrncihy'cyclosiloxan.

Bei einem Planarverfahren, bei dem eine Reihe von Diffusionsschritten an einer Halbleiteroberfläche durchgeführt wird, besteht jeder Diffusionsschritt darin, daß eine Verunreinigung in öffnungen in einer Isolierschicht auf der Oberfläche eingeführt wird. Die öffnungen werden normalerweise durch ein photographisches und Ätzverfahren gebildet, wobei eine photographische Maske verwendet wird, um eine Maskierungsschicht auf der Oberfläche der Isolierschicht frei zu legen. Eine Anzahl von Diffusionsschritten erfordert daher eine Anzahl derartiger Masken. Zum Erhalten einer hohen Ausbeute an Anordnungen angemessener Qualität ist es wesentlich, daß jede Maske für das Freilegen genau ausgerichtet wird. Bei der Verwendung des beschriebenen Verfahrens zur Bildung einer Oxydschicht mit Hilfe eines Elektronenstrahls kann eine Anzahl von Diffusionsschritten durchgeführt werden, wobei für jeden Diffusionsschritt eine gesondert hergestellte Oxydschicht angewandt wird. Nach einem Diffusionsschritt wird die für diesen Diffusionsschritt verwendete Oxydschicht entfernt und wird durch das Elektronenstrahlverfahren eine neue Oxydschicht hergestellt. Bei einem derartigen Planarverfahren und bei jedem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem mindestens zwei Vorgänge an einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers mit Hilfe eines Elektronenstrahls durchgeführt werden, ist es erforderlich, daß auf dem Halbleiterkörper Registrierungsmittel zur genauen Einstellung der Lage des Elektronenstrahls angebracht werden, su daß ein hoher Ausrichtungsgrad erzielt werden kann. Die Ausrichtung kann mit Hilfe eines auf der Halbleiteroberfläche angebrachten Ausrichtmusters erhalten werden, das vom Elektronenstrahl identifiziert werden kann. Bisher sind Ausrichtmuster in sehr verschiedenen Formen angebracht worden. Unter anderem sind auch diffundierte Zonen im Halbleiterkörper als Ausrichtmuster verwendet worden. Diese Ausrichtzonen werden dadurch identifiziert, daß die Emission von Sekundärelektronen oder die Intensität der gestreuten Primärelektronen in bezug auf diese Ausrichtzonen beobachtet wird. Die Sekundärelektronenemission und die Intensität der gestreuten Primärelektronen in diesen Ausrichtzonen von der im übrigen Teil der Oberfläche verschieden, was auf die Aufladung dieser Zonen zurückzuführen ist. Dieses Verfahren ist nicht völlig befriedigend, weil während der Herstellung der Anordnung der Umfang und die Eigenschaften der diffundierten Ausrichtzonen infolge der hohen angewandten Temperaturen geändert werden, wodurch eine genaue Ausrichtung für verschiedene auffolgende Stufen sich schwer erzielen läßt. Bei einem anderen Verfahren werden Löcher in die Halbleiteroberfläche geätzt. Diese Löcher können dadurch identifiziert werden, daß das Muster der Sekundärdektronenemission beobachtet wird, aber auch dieses Verfahren ist nicht völlig befriedigend, weil die Ränder der Ausrichtlöcher in der Emission von Sekundärelektronen oder im Muster der zerstreuten Primärelektronen nicht genau definiert sind; infolge der gegenseitigen Verschiebung der Quelle und des Empfängers wird nämlich eine Schattenwirkung erhalten. Das Fehlen genau definierter Ränder erschwert in erheblichem Maße die Bestimmung der Mitte des Ausrichtmusters, insbesondere wenn das Ausrichten von einem Rechner gesteuert wird.

f>5 Als Ausrichtmuster sind auch geätzte metallische Quadrate auf einer Siliciumoxydschicht auf der Halbleiteroberfläche verwendet worden. Dabei hai sich herausgestellt, daß metalle riiü einer huheii Ai