DE2819698C2 - Verfahren zum Herstellen eines Festkörpermikrobauelementes und Vorrichtung zur Anwendung bei diesem Verfahren - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Festkörpermikrobauelementes und Vorrichtung zur Anwendung bei diesem Verfahren

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Description

stäubung aufgebrachte Schichten häufig in komprimiertem Zustand befinden. Die elastische Verformung des Halbleitersubstrats hat einen derartigen Charakter, daß sich die Ausgangsform des Halbleitersubstrats wiederherstellt, wenn die mechanische Spannung beseitigt wird, z. B. dadurch, daß eine abgelagerte Schicht entfernt wird.
Die plastische Verformung hat einen derartigen Charakter, daß ein gewisser struktureller Schlupf auftritt, so daß sich die Ausgangsform des Halbleitersubstrats nicht wiederherstellt, wenn die mechanische Spannung beseitigt wird. Plastische Verformung kann etwa aus einer elastischen Verformung hervorgehen, wenn die mechanische Spannung die Elastizitätsgrenze bei einer Temperatur übersteigt, die genügend hoch ist, damit das verformte Halbleitersubstrat flüssig wird. Eine solche plastische Verformung beseitigt im allgemeinen einen Teil der elastischen Spannung und hat somit die Neigung, die Maßänderung des Halbleitersubstrats herab- *»noÄir*Ar^ si to cone l· /Hi ir/^h Ai ti ^ τ% ι h/th^ fvi^*o Wo ηιοΛπΡ
Spannung herbeigeführt werden würde. Eine Situation, in der eine solche zu hohe mechanische Spannung auftreten kann, sollen im allgemeinen auch vermieden werden, weil sie die Funktion der Halbleiterbauelemente beeinträchtigen können. Eine häufiger vorkommende Ursache plastischer Verformung ist die thermische Beanspruchung infolge von Temperaturgradienten in dem Halbleitersubstrat während einer Bearbeitung bei hoher Temperatur z. B. während einer Ofenbehandlung oder einer Epitaxie. Bei der heutigen Herstellung von FestkörpermikrobTiielementen wird dafür gesorgt, daß Temperaturgradienten und andere solche Faktoren so weit herabgesetzt werden, daß die plastische Verformung unbedeutend ist.
Eine gewisse elastische Verformung scheint jedoch unvermeidlich zu sein, weil es bei diesen Festkörpermikrobauelementen erforderlich ist, daß für die Substrate und für die Oberflächenschichten verschiedene Materialien verwendet werden. Eine solche während der Bearbeitung in das Substrat eingeführte elastische Beanspruchung ergibt eine Maßänderung der Bereiche an einer Hauptfläche des Substrats dadurch, daß die Abmessungen der Bereiche an dieser Hauptfläche entweder vergrößert oder verringert werden. Die Änderung der genannten Abmessungen in der Hauptfläche kann z. B. mehr als 0,2 μπι sein und ist häufig größer. Wie oben erwähnt wurde, kann, wenn eine solche Verformung zwischen zwei Belichtungsschritten auftritt das in dem zweiten Schritt verwendete Strahlungsmuster falsch ausgerichtet sein. Dies ist insbesondere von Bedeutung, wenn eine Anzahl von in Matrixform angeordneten Festkörpe; oiikrobauelementen auf einem gemeinsamen Substrat mit großen Hauptflächen gebildet wird. So werden z. B, obgleich in einem Gebiet der Substratoberfläche ein Teilmuster des genannten Strahlungsmusters in bezug auf Bereiche ausgerichtet sein kann, die in dem ersten Belichtungsschritt definiert waren, Teilmuster in von diesem ersten Gebiet entfernten Gebieten im allgemeinen in bezug auf die entsprechenden Bereiche falsch ausgerichtet sein. Dies kann zur Folge haben, daß eine Vielzahl der hergestellten Festkörpermikrobauelementen unerwünschte Eigenschaften aufweist oder sogar unbrauchbar ist Diese Folgen sind in noch höherem Maße zu erwarten, als es einen Trend zu noch kompakteren Bauweisen und zu noch kleineren Abmessungen für viele dieser Festkörpermikrobauelemente gibt
Durch dieses Problem der Maßänderung, das eine falsche Ausrichtung des Strahlungsmusters herbeiführt, kann somit die Auflösung beschränkt werden, die in z. B, Bildprojektoren angewandt werden kann, in denen eine große Substratoberfläche völlig zu gleicher Zeit z. B. einem Elektronenstrahl-, einem Röntgenstrahl- oder einem Ultraviolettstrahlungsmuster ausgesetzt wird. Ein Vorteil solcher Vorrichtungen zur Bildprojektion auf die ganze Hauptfläche ist jedoch der, daß eine große Matrix von Festkörpermikrobauelementen zugleich auf
ίο dem Substrat in einer Zeitspanne hergestellt werden kann, die erheblich kürzer als die Zeitspanne ist, die erforderlich ist, wenn gesonderte Schritte angewandt werden, um jeden Teil der Hauptfläche zu belichten. Daher sind solche Vorrichtungen im allgemeinen atiraktiver für die Fertigung, vorausgesetzt, daß die genannten Fehlausrichtungsprobleme verringert werden können.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegcbensn Art zu schHifcn, bei dem die Feh'.susrich'.un11 infolge einer derartigen Maßänderung des Substrats herabgesetzt wird. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Maßnahmen gelöst.
Nach den der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnissen wird diese Lösung ermöglicht, weil die meisten auftretenden elastischen Verformungen im allgemeinen in der Ebene des Substrats isotrop sind, was eine nahezu gleichmäßige Expansion oder Kontraktion der Größe der Bereiche an der Substrathauptfläche ergibt
Das Verfahren nach der Erfindung wird somit bei großen Substrathaaptflächen und bei Übertragung eines Strahlungsmusters auf die ganze Substrathauptfläche mit kleinen Musterdetails und einer hohen Auflösung besonders vorteilhaft sein. Bei einer solchen Übertragung kann die Bildprojektion z. B. mit Hilfe von Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen oder Ultraviolettstrahlung stattfinden. Ein derartiges Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die Maßänderung zwischen den Belichtungsschritten genügend ist, um zu bewirken daß die Größtabmessung des Substrats in der ersten Hauptfläche um mehr als z. B. 0,1 μπι zu- oder abnimmt Mit einem derartigen Verfahren kann eine gewisse Verbesserung in der Ausrichtung sogar dann erzielt werden, wenn neben einer elastischen noch eine gewisse plastische Verformung vorhanden ist.
Wenigstens ein Teil der Maßänderung kann durch elastische Verformung dadurch herbeigeführt werden, daß sie in dem Substrat von einer Schicht erzeugt wird, die in der Nähe wenigstens einer Hauptfläche des Substrats angebracht ist. Eine solche Situation ergibt sich häufig bei der Herstellung von Festkörpermikrobauelementen. Eine solche Schicht kann z. B. eine Metallschicht oder eine andere elektrisch leitende Schicht oder eine Isolierschicht sein, die auf das Substrat aufgebracht ist; sie kann eine dotierte Schicht sein, die in der Oberflächenschicht des Substrats erzeugt ist, z. B. wenn das Substrat Halbleitermaterial für die Herstellung eines Halbleiterbauelementes enthält. Die die elastische Verformung erzeugende Schicht kann oft in der Nähe wenigstens einer ganzen Hauptfläche des Substrats angebracht sein.
Um eine Fehlausrichtung infolge einer Maßänderung des Substrats herabzusetzen, könnte die Größe des Maskengebietes des zu projizierenden Maskenmusters dadurch eingestellt werden, daß die anzuwendende Maske für eine Vergrößerung oder eine Verringerung der Abmessungen der Bereiche des Substrats herge-
stellt wird. Dadurch kann jedoch die Maskenherstellung kompliziert werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden indes die Größe der Gebiete der Maske und der Bereiche de*·. Substrats dadurch relativ zueinander eingestellt, daß während der verschiedenen Belichtungsschritte entweder die Maske oder das Substrat oder beide auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden. £-ei dieser bevorzugten Ausführungsform werden der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Maske und/oder des Substrats und der nahezu isotrope Charakter der Wärmeausdehnung ode·· -kontraktion benutzt. Es wurde gefunden, daß hierfür in vielen F allen ein Temperaturunterschied von nur einigen °C erforderlich ist. Die Temperatur der Maske oder des Substrats kann von Hand einestellt werden, wobei vorher der Temperaturunterschied berechnet wird, der erforderlich ist um die Maßänderung auszugleichen. Ein Vorteil der thermischen Ausgleichung ist jedoch der, daß die Temperatureinstellung automatisch dadurch ?n stattfinden kainn, daß ein die Maßänderung anzeigendes Signal abgeleitet und benutzt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Vorrichtung zur Anwendung bei dem Verfahren nach der Erfindung einen Träger zur Befestigung des Substrats. einen Halter zur Befestigung der Maske in einem Abstand vor dem Substrat, eine Strahlungsquelle zur Belichtung der Substratoberfläche mit einem durch die Maske bestimmten Strahlungsmuster sowie einer Einrichtung zur Einstellung der Temperatur und/oder der Maske und des Substrats während der verschiedenen Bclichtt igsschritte. Bei einer anderen Ausführung können während der Belichtung die Maske und das Substrat miteinander in Berührung gehalten werden.
Nach einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung enthält diese einen wärmeleitenden Träger für die Befestigung des Substrats, einen Halter zur Befestigung der Maske in einem Abstand vor dem Substrat und an dem Substratträger angebrachte Heizelemente, durch die das Substrat während verschiedener Beiichtungsschritte auf einer von der der Maske verschiedenen Temperatur gehalten werden kann.
Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es, unter Verwendung der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die relativen Größen der Maske und des Substrats einzustellen.
Um eine automatische Einstellung der genannten relativen Größen zu ermöglichen, können Detektoren an dem Substratträger angebracht sein, die ein Signal erzeugen, das die Maßänderung anzeigt, während die Heizelemente, die an dem Substratträger angebracht sind, von einer Steuereinrichtung gesteuert werden, die einen Eingang für das genannte Signal aufweisen und es ermöglichen, die Temperatur des Substratträgers auf einen durch das Signal bestimmten Wert zu bringen.
Einige Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine graphische Darstellung der Änderung d des Durchmessers von Siliciumscheiben verschiedener eo Dicken infolge der Tatsache, daß darauf thermisches Oxid mit einer Gesamtdicke t aufgewachsen wird;
F i g. 2 eine graphische Darstellung der Änderung d des Durchmessers einer Siliciumscheibe infolge der Tatsache, daß darin verschiedene Dotierungsstoffe in einer Dosis von N Dotierungsatomen pro Oberflächeneinheit eingebaut werden;
F i g. 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Hauptfläche einer Siliciumscheibe für die Herstellung einer Anzahl von Halbleiterbauelementen;
Fig.4 schematisch eine Draufsicht auf eine Maske, deren Muster auf die Hauptfläche der Siliciumscheibe nach F i g. 3 projiziert werden soll;
Fi g. 5 bis IO schematische Querschnitte durch einen Teil einer Siliciumscheibe in aufeinanderfolgenden Schritten bei der Herstellung eines Halbleiterbauelementes und
Fig. 11 und 12 schematisch, teilweise im Schnitt, zwei Ausführungsbeispiele von Bildprojektoren zur Belichtung des Substrats mit einem von einer Maske bestimmten Strahlungsmuster.
Obgleich im folgenden der Einfachheit halber nur Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung in bezug auf die Herstellung von Halbleiterbauelementen beschrieben werden, dürfte es einleuchten, daß sich das Verfahren nach der Erfindung auch zum Herstellen von anderen Festkörpermikrobauelementen, z. B. Magnetblasen-Anordnungen. Oberflächenwellenfiltern und Josephson-Grenzschichtanordnungen, anwenden läßt. In diesem Falle sind im allgemeinen andere Substrate und andere Materialien erforderlich.
Die Siliciumscheibe. die Maske und der Bildprojektor sind in den Fig.3 bis 12 nicht maßgerecht gezeichnet, und die relativen Abmessungen und Verhältnisse unterschiedlicher Teile sind in diesen Figuren der Deutlichkeit halber übertrieben groß oder verkleinert dargestellt.
Siliciumoxidschichten, die auf Siliciumscheiben durch thermische Oxidation des Siliciums aufgewachsen werden, weisen einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das darunterliegende Silicium auf. Die Oxidschicht wird im allgemeinen auf der ganzen Siliciumscheibe, aber insbesondere auf ihren beiden gegenüberliegenden Hauptflächen gebildet. Wenn die oxidierte Siliciumscheibe auf Zimmertemperatur gekühlt wird, bewirken die Oxidschichten auf ihren beiden Hauptflächen, daß sich die Abmessungen der Siliciumscheibe in diesen Hauptflächen ausdehnen; in diesem Falle bleibt die ebene Siliciumscheibe nahezu eben, aber die Abmessungen der Siliciumscheibe in der Hauptfläche vergrößert sich. Die graphische Darstellung nach F i g. 1 zeigt Beispiele der Beziehung zwischen der Änderung d des Durchmessers von 75 mm einer kreisförmigen Siliciumscheibe, der Dicke der Siliciumscheibe, und der Gesamtdicke f des thermisch aufgewachsenen Oxids. Die verschiedenen Linien bedeuten verschiedene Scheibendicken von 200 bis 500 μπι an. Die Werte der Änderung d nach F i g. 1 sind berechnete Werte und sowohl d als auch t sind in μπι angegeben. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß durch das Aufwachsen einer thermischen Oxidschicht mit einer Dicke von 0,5 μπι auf den beiden Hauptflächen einer Siliciumscheibe mit einer Dicke von 300 μπι und einem Durchmesser von 75 mm bewirkt wird, daß der Durchmesser der Siliciumscheibe um 03 bis 0,4 μπι vergrößert wird. Die Ausdehnung der Siliciumscheibe ist über den Durchmesser der Scheibe nahezu gleichmäßig.
Wenn die Oxidschicht von einer der zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen entfernt wird, aber auf der ganzen oder nahezu der ganzen Fläche der anderen Hauptfläche erhalten bleibt, krümmt sich die Siliciumscheibe derart, daß eine Hauptfläche konvex und die andere konkav wird. Diese Krümmung kann gemessen werden und ist direkt von dem Dehnungsgrad einer Hauptfläche der Scheibe im Vergleich zu der gegenüberliegenden Hauptfläche abhängig. Es ist üblich, die
Hauptfläche einer derartigen gekrümmten Siliciumscheibe eben zu machen, wenn nachfolgend ein Belichtungsschritt durchgeführt wird. Die Vergrößerung des Durchmessers der eben gemachten Scheibe ist nahezu gleich der Hälfte der Vergrößerung, die erhalten wird, wenn eine aufgewachsene Oxidschicht auf den beiden Hauptflächen der Scheibe vorhanden ist.
Im allgemeinen ist diese Maßänderung, die an einer Hauptfläche »iner derartigen Scheibe infolge einer Oxidschicht auf einer oder den beiden gegenüberliegenden Hauptflächen der Scheibe auftritt, dem Durchmesser der Scheibe gerade proportional und der Dicke der Scheibe umgekehrt proportional. Je größer der Durchmesser einer Scheibe und je kleiner ihre Dicke sind, desto größer ist dann die Maßänderung.
Die graphische Darstellung in F i g. 2 zeigt Beispiele der Beziehung zwischen der Änderung d (in μπη) des Durchmessers einer kreisförmigen Siliciumscheibe und der Gesamtmenge N (in Dotierungsatomen pro Quadratzentimeter) eines in die Scheibe eingebauten Dotierungsstoffes. Der Dotierungsstoff sei über wenigstens eine Hauptfläche der Siliciumscheibe entweder in einer ununterbrochenen Schicht oder in einer Matrix von Teilschichten vorhanden, die sich in Abständen wiederholen, die kleiner (z. B. eine Größenordnung kleiner) als der Durchmesser der Siliciumscheibe sind. Die Werte von N sind die Gesamtmenge des Dotierungsstoffes in der Siliciumscheibe geteilt durch die Gesamtfläche einer Hauptfläche der Siliciumscheibe. Die Linien Sb, Pund B sind Beispiele von Linien für Antimon, Phosphor bzw. Bor. Die Siliciumscheibe nach F i g. 2 weist einen Durchmesser von 75 mm und eine Dicke von 300 μπι auf. Wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, kann eine Dotierungsstoffdosis von z.B. 4-1016 Dotierungsatomen/cm2 eine Zunahme von nahezu 0,3 μπι des Durchmessers bei Anwendung von Antimon als Dotierungsstoff, eine Abnahme von nahezu 0,2 μηι bei Anwendung von Phosphor und eine Abnahme von 0,4 bis 0,5 μπι bei Anwendung von Bor bewirken. Die Maßänderung ist wieder nahezu gleichmäßig über den Durchmesser der Siliciumscheibe und ist wieder dem Durchmesser gerade proportional und der Dicke der Siliciumscheibe umgekehrt proportional. Wenn die beiden ganzen Hauptflächen auf gleiche Weise dotiert sind, bleiben die Hauptflächen der Siliciumscheibe eben, aber wenn nur eine der Hauptflächen auf diese Weise dotiert ist, krümmt sich die Siliciumscheibe wiederum, und wird dann für eine nachfolgende Belichtung eben gemacht.
Derartige Maßänderungen, die durch das Wachstum eines thermischen Oxids und eine Dotierung von Halbleiterscheiben herbeigeführt werden, können einen starken Einfluß auf die Herstellung der Halbleiterbauelemente ausüben. Fig.3 zeigt eine Siliciumscheibe 1, auf der eine Matrix von Halbleiterbauelementen hergestellt werden kann. Jedes Halbleiterbauelement kann z. B. eine integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode sein; beispielsweise wird nachstehend an Hand der Fig.5 bis 10 die Herstellung solcher Transistoren beschrieben. Die Siliciumscheibe nach F i g. 3 kann einen Durchmesser von z. B. 75 mm aufweisen. Eine gerade Kante 2 kann auf dem kreisförmigen Rand der Siliciumscheibe zur groben Positionierung der Scheibe in einer Bearbeitungsvorrichtung angebracht werden.
In F i g. 3 ist jedes Gebiet der Scheibe 1, auf dem eine einzelne integrierte Schaltung hergestellt werdet, soll, als ein rechteckiges Gebiet (z. B. Gebiete 3 bis 7) angegeben, das an seinen vier Seiten von punktierten Linien begrenzt wird. Diese Teilungslinien liegen in zwei orthogonalen Sätzen, von denen ein Satz zu der geraden Kante 2 parallt * ist (siehe F i g. 3). Die Siliciumscheibe 1 wird zuletzt längs dieser Linien geteilt, um die ein/einen Siliciumscheiben mit integrierten Schaltungen zu erhalten. Im allgemeinen ist es erwünscht, auf jedem der rechteckigen Gebiete eine einzelne integrierte Schaltung herzustellen. Die anderen Gebiete, die teilweise von dem Rand der Siliciumscheibe begrenzt werden,
ίο bilden keine nützlichen Scheibchen für Halbleiterbauelemente. Wenigstens zwei der rechteckigen Gebiete können aber von Markierungen 8 und 9 belegt werden, die, wie nachstehend beschrieben werden wird, für die Maskenausrichtung verwendet werden können; in dicsem Falle wird in diesen zwei Gebieten keine integrierte Schaltung gebildet.
Mehrere Schritte in der Herstellung der integrierten Schaltungen dienen zur Übertragung eines Strahlungsmusters von einer Maske auf eine Schicht aus einem strahlungsempfindlichen Material auf einer Hauptfläche des durch die Siliciumscheibe 1 gebildeten Substrats. Dies kann mit Hilfe eines Projektionsverfahrens erfolgen. Durch die Belichiungsschritte wird die strahlungsempfindliche Schicht in einem Muster belichtet, um Bcreiche an der einen Hauptfläche für eine Bearbeitung zur Herstellung der Halbleiterbauelemente zu definieren. F i g. 4 zeigt eine für einen dieser Belichtungsschritte verwendete Maske. Die Maske selber besteht aus einem Maskenmuster, das im allgemeinen aus Metall besteht und auf einem Substrat gebildet ist, das aus Quarz bestehen kann. Das zu projizierende Maskenmuster besteht aus einer Anzahl identischer Teilmustcr (z. B. Teilmuster 13 bis 17) in einer Matrixanordnung, die der gewünschten Matrix von Halbleiterbauelementen in der Siliciumscheibe 1 entspricht. Die Abmessungen jedes Teilmusters werden in μπι gemessen und sind in F i g. 4 nicht dargestellt.
Jede Maske dient zum Definieren der über die ganze Hauptfläche des Substrats hinweg verteilten Stellen der in einem einzigen Bearbeitungsschritt, z. B. lokale Entfernung einer Oxid- oder Metallschicht, zu bearbeitenden Bereiche. Die verschiedenen für verschiedene Bearbeitungsschritte verwendeten Masken weisen im allgemeinen dieselben Gesamtabmessungen für die Matrix von Teilmustern auf, aber die Teilmuster jeder Maske weisen gewöhnlich verschiedene Abmessungen für jeden gesonderten Bearbeitungsschritt auf. Wenn eine Maßänderung der Bereiche an der Hauptfläche des Substrats zwischen zwei Belichtungsschritten unter Verwendung von zwei solcher Masken auftritt, wird, wenn nicht irgendein Ausgleich vorgenommen wird, das in dem zweiten Schritt projizierte Strahlungsmuster in bezug auf die Bereiche, die an der Hauptfläche des Substrats in dem ersten Belichtungsschritt definiert worden waren, falsch ausgerichtet So kann z. B. durch den Bearbeitungsschritt zwischen den zwei Bclichtungsschritten eine Kontraktion an der Hauptfläche des Substrats aufgetreten sein, und die Maske 10 nach Fig.4 in dem zweiten Belichtungsschritt verwendet werden. Wenn das Teilmuster 17 der Maske 10 nahezu genau in bezug auf das Gebiet 7 der kontraktierten Scheibe 1 ohne Ausgleich ausgerichtet wäre, wären die Teilmuster 13, 14,15 und 16 nicht in bezug auf die Gebiete 3,4,5 bzw. 6 ausgerichtet, sondern würden sich etwas zu dem kreisförmigen Rand der Siliciumscheibe 1 hin verschieben. Dies kann zu unerwünschten Eigenschaften der Halbleiterbauelemente und sogar zu fehlerhaften Halbleiterbauelementen führen.
Β·:· d?m Verehren nach der Erfindung werden je-Joch fü.· den zweiten Belichtungsschritt die Größe des Bereichs an der Substrathauptfläche und die des Gebiets der Maske 10 relativ zueinander nahezu gleichmäßig derart eingestellt, daß der Effekt der Maßänderung auf die Größe des durch den zweiten Belichtungsschritt definierten Bereichs an der Substrathauptfläche herabgesetzt wird. Dies kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß z. B. die Wärmeausdehnung des Substrats dazu benutzt wird, wenigstens teilweise die Kontraktion auszugleichen, die durch die Bearbeitung eingeführt wird. Für diesen Zweck kann z. B. die Vorrichtung nach F i g. 11 oder nach F i g. 12 verwendet werden. Die Anwendung des die Maßänderung ausgleichenden Verfahrens bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements wird nun beispielsweise an Hand der F i g. 5 bis 10 beschrieben.
F i g. 5 zeigt einen Teil des Substrats eines Halbleiterbauelements mit einem Teil einer p-leitenden einkristallinen Siliciumscheibe 1, auf deren beiden gegenüberliegenden Oberflächen Isolierschichten 21 und 22 aus Siliciumoxid vorhanden sind. Beispielsweise ist das Halbleiterbauelement ein N-Kanal-Anreicherungsfeldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode. Im allgemeinen wird ein solcher Transistor nur einen von vielen Schaltungselementen einer integrierten Schaltung sein, so daß der in Fig.5 dargestellte Teil des Substrats nur einen Bruchteil eines Gebietes (z. B. das Gebiet 6) einer Siliciumscheibe 1 der in Fig.3 dargestellten Art bildet. Eine an dem in den F i g. 5 bis 10 dargestellten Substratteil durchgeführte Bearbeitung kann im allgemeinen auch an anderen Bereichen des Gebiets 6 und an Bereichen in anderen Gebieten (z. B. den Gebieten 3,4,5 und 7) durchgeführt werden.
Die Siliciumoxidschichten 21 und 22 wurden auf der Siliciumscheibe 1 durch thermische Oxidation der Siliciumobc-fläche erzeugt, derart, daß sie eine Dicke von /.. B. je 1 μπι aufwiesen. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daü die Siliciumscheibe 1 in Wasserdampf während etwa 100 Minuten auf 11500C erhitzt wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird durch diese Oxidation der Durchmesser von 75 mm einer 300 μπι dicken Siliciumscheibe 1 um etwa 0,7 μπι vergrößert.
Die Siliciumoxidschicht 21 an einer Hauptfläche des Substrats wird dann auf bekannte Weise mit einer Schicht aus einem strahlungsempfindlichen Material überzogen, um eine Photolackschicht 23 zu bilden. Ein Sirahlungsmuster 24 wird dann von einer Maske auf die Photolackschicht 23 auf dem Substrat projiziert.
Die in den Belichtungsschritten dieses Herstellungsverfahrens verwendete Strahlung kann z. B. violettes oder ultraviolettes Licht, Elektronen oder Röntgenstrahlung sein, während die Photolackschicht aus einem entsprechend empfindlichen Material besteht Während der Belichtungsschritie kann das Substrat auf einen wärmeleitenden Träger, wie dem Träger 50 nach F i g. 11 und 12. befestigt werden.
Das in dem ersten Belichtungsschritt projizierte Strahlungsmuster 24 enthält Teilmuster, die die Photolackschicht 23 selektiv belichten, um Beeiche zu definieren, an denen die Oxidschicht 21 örtlich entfernt werden soll, um Feldeffekttransistoren zu bilden. Die Ränder eines solchen Bereiches sind in F i g. 5 mit 25 bezeichnet Der Photolack wird dann dort, wo er mit der Strahlung 24 in den Bereichen 25 belichtet wird, auf bekannte Weise entwickelt und entfernt so daß der verbleibende Tei! der Photolackschicht 23 ein Maskenmuster auf der Siliciumoxidschicht 21 bildet Das Substrat wird dann
auf bekannte Weise einer Ätzbehandlung unterworfen, um Fenster 26 in der Siliciumoxidschicht 21 in den Bereichen 25 zu öffnen, während der verbleibende Teil der Schicht 21 vor dem Ätzmittel durch das Photolackmuster geschützt wird. Die Siliciumoxidschicht 21 verbleibt in der Praxis auf wenigstens 70 oder 80% der einen, das Photolackmuster tragenden, ersten HaupJIache des Substrats. Die Fenster 26 sind nahezu gleichmäßig in Matrixanordnung über die Hauptfläche des Substrats
ίο verteilt. Die Ätzbehandlung entfernt aber auch die Siliciumoxidschicht 22 an der ungeschützten, zweiten hinteren Hauptfläche des Substrats. Eine derartige Situation kommt bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen häufig vor. Das erhaltene Substrat ist in F i g. 6 dargestellt. Wie oben an Hand der F i g. 1 beschrieben wurde, wird als Folge der Entfernung der Siliciumoxidschicht durch den Ätzschritt die Ausdehnung des Substrats nach F i g. 6, wenn das bei der Ätzung gekrümmte Substrat eben gemacht ist, um wenigsiens 0,35 μιη im Vergleich zu dem Durchmesser während des Belichtungsschrittes nach F i g. 5 abgenommen hat. Diese Abnahme ist nahezu linear und gleichmäßig über die Ausdehnung des Substrats in der ersten Hauptfiäche des Substrats.
Auf bekannte Weise wird nun wieder durch thermische Oxidation erneut Oxid auf der Siliciumscheibe 1 angewachsen, um eine Siliciumoxidschicht 30 zu bilden, die eine Dicke von z. B. 0,04 bis 0,10 μπι aufweisen kann. Sie wächst nicht nur in dem Fenster 26 in der dicken Siliciumoxidschicht 21, sondern auch an der zweiten hinteren Hauptfläche der Siliciumscheibe 1. Bei dieser geringen Dicke der Siliciumoxidschicht 30 vergrößert sich der Durchmesser der Siliciumscheibe 1 nur in sehr geringem Maße.
Eine Schicht 31 aus polykristallinem Silicium wird dann auf bekannte Weise auf der Siliciumoxidschicht 21 und der Siliciumoxidschicht 30 auf der ersten Hauptfläche der Siiiciumscheibe 1 mit einer Dicke von z. B. 0,5 bis 0,8 μπι abgelagert. Auf der Siliciumoxidschicht 30 auf der zweiten hinteren Hauptfläche wird kein polykristallines Silicium abgelagert. Die abgelagerte polykristalline Siliciumschicht 31 hat keinen wesentlichen Effekt auf die Maße der Siliciumscheibe 1.
Die polykristalline Siliciumschicht 31 wird anschließend auf bekannte Weise mit einer Photolacksd.irht 33 überzogen. Dann folgt ein zweiter Belichtungsschritt. Das von der Maske (wie der Maske 10 nach Fig.4) projizierte Strahlungsmuster enthält Teilmuster 34, in dem die Photolackschicht 33 belichtet wird, um die Bereiche zu definieren, in denen das polykristalline Silicium entfernt werden soll, derart, daß eine Silicium-Gate-Elektrode und Siliciumleiterbahnen zurückbleiben. Während dieses Belichtungsschrittes kann das gekrümmte Substrat unter Verwendung der nachstehend an Hand der F i g. 11 und 12 zu beschreibenden Vorrichtung auf dem Träger 50 nachgezogen, d. h. eben gemacht werden. Die Maske 10 und/oder das Substrat mit der Siliciumscheibe 1, und den Schichten 30,23,31 werden während dieses zweiten Belichtungsschrittes auf einer von den entsprechenden Temperaturen während des ersten Belichtungsschrittes nach F i g. 5 verschiedenen Temperatur gehalten. Auf diese einfache Weise werden die Größe der Maske und die des Substrats durch thermische Expansion oder Kontraktion relativ zueinander derart eingestellt, daß die Auswirkung der Maßänderung des Substrats, die sich durch den Bearbeitungsschritt nach dem ersten, in Fig.5 dargestellten Belichtungsschritt ergab, herabgesetzt wird. Dies kann
dadurch erzielt werden, daß das Substrat mit der Siliciumscheibe 1 und den Schichten 30,23,31 erhitzt wird. Der Temperaturunterschied T, der erforderlich ist, um eine (lineare) Änderung d des Durchmessers D einer Siliciumscheibe i herbeizuführen, ist durch die Formel
' ~ α-D
gegeben, wobei λ der Wärmeausdehnungskoeffizient von Silicium ist Wenn ein Wert von 3,8 · 10-6/°C für oc gewählt wird, erfordert eine Siliciumscheibe mit einem Durchmesser von 75 mm eine Absenkung ihrer Temperatur von nahezu 1 '/40C, um eine Kontraktion von etwa 035 μπι zu erreichen.
Indem auf diese Weise die Temperatur des Substrats eingestellt wird, werden, und zwar für alle Gebiete 4 bis 7, die durch das Strahlungsmuster 34 definierten Bereiche in bezug auf die Ränder der Fenster 26, die durch das Strahlungsmuster 24 in dem ersten Belichtungsschritt nach F i g. 5 definiert wurden, ausgerichtet
Der belichtete Teil der Photolackschicht 33 wird dann entwickelt und entfernt und die verbleibende Photolackschicht 33 wird als eine Ätzmaske für die polykristalline Siliciumschicht 31 verwendet. F i g. 8 zeigt beispielsweise zwei verbleibende Teile 31a und 31fc der polykristallinen Siliciumschicht 31, der Teil 31a liegt auf der dünnen Siliciumoxidschicht 30 innerhalb des Fensters 26, um eine Gateelektrode zu bilden: der Teil 31 b befindet sich auf der dicken Siliciumoxidschicht 21, um z. B. eine Verbindungsleiterbahn zu bilden.
Nach der Bildung der Gateelektrode und der Leiterbahnen aus der polykristallinen Siliciumschicht 31 wird das Substrat einer weiteren Ätzbehandlung unterworfen, um die frei liegenden Teile der dünnen Siliciumoxidschicht 30 zu entfernen. Die Silicium-Gateelektrode schützt das darunterliegende dünne Siliciumoxid vor dem Ätzmittel. Das Substrat mit dieser Schichtenanordnung ist in F i g. 8 dargestellt.
Das Substrat kann nun einer Phosphordiffusion unterworfen werden, um die Source- und Drainzonen zu bilden und die Silicium-Gateelektrode und die Silicium-Leiterbahnen zu dotieren. Dies kann auf bekannte Weise dadurch erzielt werden, daß das Substrat nach F i g. 8 während einer halben Stunde in einem Gasstrom aus Stickstoff mit 2,5% Sauerstoff auf 900°C erhitzt wird, wobei der Sauerstoff durch flüssiges POCIj bei 26° C hindurchgeblasen wird, damit er mit POClj-Dampf gesättigt wird. Der Phosphor diffundiert in die Siliciumscheibe über die durch Belichtung definierten Bereiche an der ersten Hauptfläche und über die ganze zweite hintere Hauptfläche. Die N-leitenden Bereiche 37, 38 und die N-Ieitende Schicht 39 sind in F i g. 8 durch punktierte Linien und in Fig.9 durch Schraffur dargestellt. Die N-leitenden Bereiche 37 und 38 bilden die Source- und die Drainzone; die Schicht 39 erstreckt sich über die ganze zweite Hauptfläche der Siliciumscheibe 1 und kann in einer späteren Stufe entfernt werden. Diese Phosphordiffusion ergibt eine Konzentration N in den genannten Bereichen von nahezu 2 · 10'" Phosphoratomcn/cni-. Infolge dieser Dotierung wird tier Durchmesser des Substrats weiter um etwa 0,1 μηι herabgesetzt, wenn das bei der Diffusion gekrümmte Substrat flachgezogen wird. Wiederum ist diese Abnahme des Durchmessers nahezu gleichmäßig und linear über die Ausdehnung des Substrats zu der Hauptfläche.
Dann wird auf bekannte Weise Siliciumoxid nur auf die erste llauptfläche des Substrats abgelagert, um eine Schicht 40 mit einer Dicke von z. B. 0,5 bis 0,8 μπι zu bilden. Die Ablagerung kann z. B. durch Oxidation bei niedriger Temperatur von Silan erfolgen und die so gebildete Siliciumoxidschicht kann anschließend auf DbIiehe Weise zur Verbesserung ihrer Eigenschaften erhitzt werden. Eine derartig erhaltene Siliciumoxidschicht 40 kann den Durchmesser des kontraktierten Substrats um z. B. 0,15 μπι vergrößern.
Eine Photolackschicht 43 wird dann auf der ersten ίο Hauptfläche des Substrats angebracht, und ein Strahlungsmuster 44 von einer dritten Maske wird auf die Photolackschicht 43 projiziert, um die Bereiche zu definieren, an denen Kontaktfenster in die Siliciumoxidschicht 40 geätzt werden sollen; diese Kontaktfenster ermöglichen die Kontaktierung der Source- und der Drainzone 37 bis 38 und der polykristallinen Silicium-Gateelektrode 31a und der polykristallinen Siliciumleiterbahnen 316. Während dieses Belichtungsschrittes, der in Fig.9 dargestellt ist, kann nun die Temperatur des Substrats um IV4 bis !'/20C im Vergleich zu seiner Temperatur in dem Belichtungsschriu nach Fig.5 erhöht werden. Diese Temperaturänderung verringert den Effekt der Kontraktion von nahezu 03 μηι, die in dem Durchmesser des Substrats seit dem Belichtungsschritt nach F i g. 5 aufgetreten ist. Die Maskentcmperatur wird nahezu gleich wie in den vorhergehenden Belichtungsschritten nach F i g. 5 sowie nach F i g. 7 gehalten, und vorzugsweise wird das Maskensubstrat aus einem Material mit einem niedrigen Wärmcausdchnungskoeffizienten, z. B. Quarz, hergestellt, um die Maßänderung der Maske auf einen Mindestwert zu beschränken. Nach der Bildung der Kontaktfenster in der Siliciumoxidschicht 40 wird Aluminium abgelagert, um eine Metallschicht zu bilden, die dann mit einer weiteren Photolackschicht überzogen wird. Eine weitere Belichtung und Ätzung wird dann durchgeführt, um ein Metall-Elektroden und -Leitermuster zu definieren, von dem 2.wei Elektroden in Fig. 10 dargestellt sind. Während des Belichtungsschrittes wird das Substrat auf nahezu der gleichen Temperatur wie in dem Belichtungsschritt nach F i g. 9 gehalten, weil gefunden wurde, daß die AIurniniumschicht nur wenig Effekt auf die Maßandcrung hat. Die Siliciumscheibe 1 kann anschließend von ihrer zweiten hinteren Hauptfläche her dünner gemacht werden; auf diese Weise kann die N-Icilcnde Schicht 39 entfernt werden, bevor die zweite hintere Hauptfliiche metallisiert wird. Anschließend wird die Siliciumscheibe 1 auf bekannte Weise in einzelne integrierte Schaltungen enthaltende Scheibchen unterteilt. Ein Teil eines solchen Scheibchens ist in Fig..10dargestellt.
Dieses Verfahren kann z. B. mit Hilfe der Vorrichtung nach Fig. Ii oder nach Fig. 12 durchgeführt werden F i g. 11 zeigt einen Teil eines Elektronenstrahl-Bildprojektors für die Übertragung eines Strahiungsmustcrs Derartige Vorrichtungen und die genannte Anwendung sind bereit» bekannt; vgl. zum Beispiel die DF.-OS 26 42 770 und die US-PS 37 10 101.
Die Vorrichtung nach F i g. 11 enthält einen elektrisch und thermisch leitenden Träger 50 zur Befestigung de; w) Substrats 1 und einen elektrisch und thermischleilentlei Haller 51 nir Befestigimg der Maske IO vor iloni Sub strat I. Die Maske 10 enthält auf bekannte Weise eiiu Pholoelcktronen emittierende Schicht über ihre gan/i dem Substrat 1 zugekehrte Hauptflächc. Ihre gegen iiberliegende Hauptfläche wird mit einer Ultraviolett lumpe beleuchtet, wobei das von dieser Lampe stanv mende ultraviolette Licht 53 bewirkt, daß die Maske K Elektronen in einem Muster emittiert, das durch da«
Muster der Maske bestimmt wird. Ein Vakuum ist zwischen dem Träger 50 und dem Halter 51 vorhanden, und ein hohes positives Potential V wird zwischen dem Maskenhalter 51 und dem Substrat 1 angelegt, um die Elektronen von der Maske 10 zu dem Substrat 1 zu beschleunigen. Der ein bestimmtes Muster aufweisende Elektronenstrahl wird auf das Substrat J von einem Magnetfeld fokussiert, das von Elektromagneten erzeugt wird, die in F i g. 11 der Deutlichkeit halber nicht dargestellt sind.
Während der Projektion des von der Maske 10 herrührenden Elektronenmusters wird das Substrat 1 auf einfache vorteilhafte Weise nahezu eben gehalten, indem eine elektrostatische Kraft benutzt wird, um das Substrat gegen eine dielektrische Schicht 55 auf der Oberfläche des Trägers 50 zu drücken. Die elektrostatische Kraft wird dadurch erzeugt, daß eine elektrische Spannung V auch über der dielektrischen Schicht 55 zwischen dem Substrat 1 und dem Träger 50 angelegt wird. Ähnliche, die elektrostatische Kraft benutzende Festhaltungen von Halbleiterscheiben sind bereits bekannt: vgl. zum Beispiel die Zeitschrift »Review of Scientificlnstruments«, Band 44, Nr. 10, Oktober 1973, S. 1506 bis 1509.
Wie oben in bezug auf Fig.3 erwähnt wurde, kann das Substrat zwei in einiger Entfernung voneinander liegende Ausrichtmarkierungen bekannter Art 8 und 9 enthalten; vgl. zum Beispiel die US-PS 37 10 101 und die DE-OS 26 42 770. Die eine Photokathode bildende Maske 10 kann zwei Gebiete mit entsprechend positionierten Ausrichtmustern enthalten, deren Muster zu dem der Markierungen 8 und 9 komplementär sind, so daß diese Maskengebiete ein dem Muster der Markierungen 8 und 9 entsprechendes Elektronenmuster emittieren. Die Emission von Bremsstrahlung im Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung von den Markierungen 9 und 8 kann dann auf bekannte Weise dazu benutzt werden, die Ausrichtung der Markierungen 8 und 9 in bezug auf die Maskengebiete 18 und 19 anzuzeigen. Röntgensirahldetektoren 58 und 59, die mit dem Träger 50 zusammenarbeiten, können die Röntgenstrahlen über öffnungen in dem Träger 50 auffangen und erzeugen elektrische Signale, die auf bekannte Weise von einer Schaltung 60 derart verarbeitet werden können, daß elektrische Signale X. Y, θ und 61 erhalten werden. In der US-PS 37 10 101 ist ein geeigneter Typ einer Schaltung 60 zum Ableiten solcher Ausgangssignale beschrieben. Die X- und K-Signale stellen den Fehler in der Ausrichtung einer Markierung (z. B. der Markierung 8) in zwei senkrechten Richtungen dar. Das 0-Signa! stellt den Fehler in der Ausrichtung der anderen Markierung (9) als eine Winkelverdrehung um die Markierung 8 dar. Die Signale X, Y und θ werden den Elektromagneten zugeführt um die Fehlausrichtung auf bekannte Weise zu korrigieren. Das Signal 61 entspricht dem Signal nach der US-PS 37 10 101. das den Fehler in der Größe des projizierten Elektronenmusters darstellt, wie er an der ersten Hauptfläche des Substrats gemessen wird. Dieses Signal 61 zeigt auch die Maßänderung der Bereiche der Substrathauptfläche an. wenn eine solche Änderung infolge der Bearbeitung auftritt. So kann das Signal 61 dazu benutzt werden, eine Wärmequelle 62 für ein Heizelement 63 zu regeln, das an dem Substratträger 50 angebracht ist; auf diese Weise kann die Temperatur des Trägers 50 auf einen Wert gebracht werden, der durch das Signal 61 bestimmt wird, so daß die Vorrichtung automatisch die Temperatur des Substrats 1 derart einstellen kann, daß die Maßänderung des Substrats 1 herabgesetzt wird.
Das Heizelement 63 kann z. B. ein mäanderförmiges Widerstandselement in einem Isoliermantel sein, das zwischen der Masse des Trägers 50 und einer Platte 64 angeordnet ist, die durch Bolzen oder auf andere Weise an diesem Träger 50 befestigt ist Erwünschtenfalls kann der Träger 50 auch derart gekühlt werden, daß, wenn der Träger 50 nicht erhitzt wird, er auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der Temperatur des Maskenhalters 51 liegt Die Kühlung kann über Kanäle im
to Träger 50 erfolgen, durch die eine Kühlflüssigkeit fließen kann. Erwünschtenfalls kann, statt ein Heizelement 63 und eine Wärmequelle 62 anzuwenden, eine durch die Kanäle im Träger 50 fließende Flüssigkeit den gewünschten Erhitzungs- oder Kühlungseffekt für den Träger 50 hervorrufen, dadurch, daß die Temperatur einer derartigen Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem Signal 61 geregelt wird. Der Elektronenbildprojektor wird in einer Umgebung mit geregelter Temperatur betrieben, um externe Temperatureffekte auf die Abmessungen der Maske und des Substrats während der Belichtungsschritte auf ein Mindestmaß zu beschränken. Vorzugsweise enthalten alle verwendeten Masken ein Quarzsubstrat, das einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, so daß eine etwaige gerin-
ge Änderung in der Maskentemperatur während verschiedener Belichtungsschritte oder sogar während desselben Schrittes die Abmessungen des Maskenmusiers nicht in wesentlichem Maße beeinflussen wird. Die thermische Kapazität des Substratträgers 50 soll genügend groß sein, um eine etwaige Erhitzung des Substrats durch die auffallende Elektronenstrahlung selbst unbedeutend zu machen.
F i g. 12 zeigt einen Teil einer abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung, deren Teile, die denen der F i g. 11 entsprechen, im allgemeinen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Bei der Vorrichtung nach Fig. 12 wird ein die Maßänderung anzeigendes Signal nicht dazu benutzt, automatisch die Temperatur des Trägers 50 einzustellen; statt dessen wird die Wärmequelle 62 für das Heizelement 63 von einer manuell einstellbaren Steuereinrichung 70 gesteuert. Die Einstellung durch die Steuereinrichtung 70 kann derart erfolgen, daß die Temperatur des Trägers 50 in Abhängigkeit von einem bekannten Maßänderungsgrad und von einer vorherigen Berechnung für die zur Herabsetzung der Maßänderung notwendige Temperatur bestimmt wird. Ein Thermoelement 71, das in den Träger 50 eingebettet ist, kann auch dazu benutzt werden, ein Rückkopplungssignal der Steuereinrichtung 70 zuzuführen.
so damit sichergestellt wird, daß die Temperatur des Trägers 50 auf einem Wert gehalten wird, der durch die manuelle Einstellung der Steuereinrichtung 70 bestimmt wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 12 kann ebenfalls ein Elektronenstrahl-Bildprojektor sein. Statt dessen kann sie aber auch ein Röntgen- oder Ultraviolett-Bildprojektor sein: In diesem Falle enthält die Maske 10 keine Photoelektronen emittierende Schicht mehr, sondern weist verschiedene Gebiete auf, die undurchsichtig sind und für die Röntgen- oder die Ultraviolettstrahlung 73 durchlässig sind, so daß ein Röntgen- oder Ultraviolettstrahlungsmuster auf das Substrat 1 übertragen wird. Das Substrat 1 kann elektrostatisch gegen den Träger 50 angedrückt werden; erwünschtenfalls kann jedoch eine übliche, bekannte Anpressung mit Hilfe einer Vakuumlehre statt dieser elektrostatischen Anpressung in z. B. einem System zur Belichtung mit Ultraviolettstrahlung verwendet werden, weil in diesem Falle kein Vaku-
um zwischen dem Substratträger 50 und dem Maskenhalter 51 notwendig ist, so daß ζ. Β. atmosphärischer Druck angewandt wird, um das Substrat 1 gegen die Vakuumlehre zu drücken.
Es leuchtet ein, daß auch andere Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach der Erfindung möglich sind. So kann z. B. in der Vorrichtung nach F i g. 11 der Effekt der genannten Maßänderung des Substrats dadurch herabgesetzt werden, daß das Signal 61 teilweise zur Einstellung der Größe des projezierten Strahlungsmusters und teilweise zur Einstellung der Temperatur des Substratträgers 50 verwendet wird. In einer Anordnung, in dem das Maskensubstrat einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, kann der Effekt der Maßänderung des Substrats 1 durch Einstellung der Temperatur der Maske 10 statt oder neben der Einstellung der Temperatur des Substrats herabgesetzt werden.
Bei dem an Hand der Fig.5 bis 10 beschriebenen Herstellungsverfahren kann eine P-Typ-Diffusion oder Implantation auf bekannte Weise örtlich über die erste Hauptfläche in die Siliciumscheibe ! durchgeführt werden, bevor die Siliciumoxidschicht 21 angewachsen wird, so daß die Bildung von Inversionskanälen unter dem Siliciumoxid 21 in dem fertigen Halbleiterbauelement verhindert wird.
In diesem Falle ist es erwünscht, den Belichtungsschritt nach F i g. 5 (zum Definieren der Fenster 26) in bezug auf eine solche örtlich angebrachte P-leitende Zone auszurichten. Zwischen dem zum Definieren der örtlich angebrachten P-Ieitenden Zone angewandten Belichtungsschritf -md dem in F i g. 5 dargestellten Belichtungsschritt hat sich der Durchmesser der Siliciumscheibe 1 infolge des Wachstums uer dicken Siliciumoxidschichten 21 und 22 vergrößert. Sn kann zur Herabsetzung des Effekts der Maßänderung zwischen diesen beiden Belichtungsschritten die Siliciumscheibe 1 während des ersten dieser Belichtungsschritte auf eine höhere Temperatur als während anschließender Schritte erhitzt werden.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß die Einführung von ΙΟ16 Boratomen/cm2 in eine Siliciumscheibe eine größere Maßänderung der Siliciumscheibe als die Einführung von 2 · 1016 Phosphoratomen/cm2 herbeiführen kann, so daß ein gewisser Ausgleich der Maßänderung oft auch für diese niedrigere Bordosis wünschenswert ist. Es ist einleuchtend, daß das Verfahren nach der Erfindung mit Vorteil bei der Herstellung von Bipolartransistorschaltungen, beispielsweise bei der aus der DE-OS 26 42 770 bekannten Herstellungsweise, verwendet werden kann. Hierbei kann eine Menge von mehr als 2 · 1016 Boratomen/cm2 in die Siliciumscheibe infolge einer Bcrdiffusion zur Bildung P-Ieitender Isolierwände zur elektrischen Isolierung von Schaltungselementen in einer integrierten Schaltung eingeführt werden. Auch kann durch eine Phosphordiffusion, die zur Anbringung der Emitterzone des Bipolartransistors verwendet wird, in das Substrat eine Menge von mehr als 2 · 1016 Phosphoratomen/cm2 eingeführt werden. Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung zu einer Ausgleichung der resultierenden Größenverringerung des Halbleiteranordnungssubstrats ist daher vorteilhaft für Belichktungsschritte, die auf die Bor- und Phosphordiffusion folgen. In diesen beiden Fällen werden die Dotierung und die Maßverringerung größtenteils durch Diffusion in die ganze belichtete zweite, hintere Hauptfläche des Substrats herbeigeführt. Eine derartige Situation, in der eine örtliche Bearbeitung an der festen, vorderen Hauptfläche eines Subtrats die ganze zweite hintere Hauptfläche beeinflußt, kann sich häufig bei der Herstellung von Festkörpermikrobauelementen ergeben und kann häufig eine Maßänderung des Substrats zwischen zwei Belichtungsschritten herbeiführen.
Statt eine Belichtungsvorrichtung anzuwenden, mit der ein strahlungsempfindliches Material auf dem Substrat 1 über eine Maske K) belichtet wird, die in einiger Entfernung von dem Substrat 1 liegt, kann auch eine Vorrichtung verwendet werden, bei der das Substrat und die Maske während der Belichtung miteinander in Berührung sind. In diesem Falle weist das Substrat dieselbe Temperatur wie die Maske auf, aber der Wärmeausdehnungsunterschied zwischen der Maske und dem Substrat kann zum Ausgleichen der genannten Maßänderung des Substrats benutzt werden, dadurch, daß bei den verschiedenen Belichtungsschritten verschiedene Temperaturen für die Maske und für das Substrat gewählt werden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (24)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Festkörpermikrobauelementes, bei dem in einem ersten und in einem zweiten Belichtungsschritt jeweils strahlungsempfindliches Material (23, 33, 43) an einer ersten Hauptfläche eines Substrats (1) für ein Festkörpermikrobauelement in einem von einer Maske (10) bestimmten Strahlungsmuster (24, 34, 44) belichtet wird und so an dieser Hauptfläche zu bearbeitende Bereiche definiert werden und mindestens ein Bearbeitungsschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den zweiten Belichtungsschritt die Größe des durch ihn definierten zu bearbeitenden Bereichs an der ersten Substrathauptfläche und die Größe des diesen Bereich bestimmenden Gebiets der verwendeten Maske (10) nahezu gleichzeitig relativ zueinander derart eingestellt werdfi, daß der Effekt der Maßänderung, die durch mirKfestens einen Bearbeitungsschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt eintritt, auf die Größe des durch den zweiten Belichtungsschritt zu definierenden zu bearbeitenden Bereiches an der ersten Substrathauptfläche herabgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Festkörpermikrobauelements ein Substrat (ί) verwendet wird, bei dem in der Nähe wenigstens einer Hauptfläche des Substrats ein» Schicht angebracht ist, die durch elastische Beanspruchung in einem darunterliegenden Teil des Substrats wen.gstens---inen Teil der Maßänderung herbeiführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Belichtungsschritt Isolierschichten (21, 22) an der ersten Hauptfläche sowie an einer gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche des Substrats gebildet werden und zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt die Isolierschicht (22) an der zweiten Hauptfläche entfernt wird, wobei die Isolierschicht (21) an der ersten Hauptfläche erhalten bleibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch den ersten Belichtungsschritt die Lage eines Fensters (26) in der Isolierschicht (21) an der ersten Hauptfläche definiert wird und daß die Isolierschicht (22) an der zweiten Hauptfläche entfernt wird, während das Fenster in der Isolierschicht an der ersten Hauptfläche dadurch angebracht wird, daß örtlich ein Teil der Isolierschicht an der ersten Hauptfläche entfernt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) wenigstens in der Nähe der ersten Hauptfläche aus Silicium besteht und die Isolierschichten (21, 22) an den Hauptflächen durch Oxidation der Siliciumoberfläche des Substrats erhalten werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumoberfläche derart oxidiert wird, daß die Siliciumoxidschicht mit einer Dicke von mindestens 0,5 μπι gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Halbleitermaterial für die Herstellung eines Halbleiterbauelements enthält und zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt ein Dotierungsstoff in das Halbleitersubstrat eingeführt wird und wenigstens einen Teil der Maßänderung herbeiführt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dotierungsstoff in die erste Hauptfläche in Bereichen, die durch den ersten Belichtungsschritt definiert werden, und in die ganze gegenüberliegende zweite Hauptfläche eingeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 2 1016 P! osphoratomen/cm2 örtlich in das Halbleitersubstrat als Dotierungsstoff eingeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 1016 Boratome/cm2 örtlich in das Halbleitersubstrat als Dotierungsstoff eingeführt werden.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßänderung so groß ist, daß die Größtabmessung des Substrates in der ersten Hauptfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Belichtungsschritt um mehr als 0.1 um zu- oder abnimmt.
IZ Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Maske (10) und die des Substrats (1) dadurch relativ zueinander eingestellt werden, daß die Maske und/ oder das Substrat während der verschiedenen Belichtungsschritte auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß während der Belichtungsschritte das Substrat (1) sich auf einem wärmeleitenden Träger (50) befindet, mit dem Heizelemente (63) zusammenarbeiten, durch die das Substrat auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden kann.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Substraiträger (50) zusammenarbeitenden Heizelemente (63) von einer Steuereinrichtung (60) derart gesteuert werden, daß die Temperatur des Substratträger? auf einen Wert gebracht werden kann, der durch eine Einstellung der Steuereinrichtung bestimmt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn sich das Substrat (1) auf dem Substratträger (50) befindet, mit diesem Träger zusammenarbeitende Detektoren (58, 59) ein Signal erzeugen, das die Maßänderung des Substrats anzeigt, und daß die mit dem Substratträger zusammenarbeitenden Heizelemente von einer Steuereinrichtung (60) gesteuert werden, der das Signal zugeführt wird und die die Temperatur des Substratträgers auf einen Wert bringen, der durch das Signal bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Belichtungsschritt darin bestehen, daß ein Elektronenbildmuster (24, 34, 44) auf eine Schicht aus elektronenempfindlichem Material (23, 33, 43) auf der ersten Substrathauptfläche projiziert wird.
17. Verfahren nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Ausrichtmarkierungen (8, 9) enthält, die in einiger Entfernung voneinander auf der ersten Hauptfläche liegen und ein Röntgenstrahlsignal erzeugen, wenn sie in bezug auf entsprechende Gebiete des auffallenden Elektronenbildmusters ausgerichtet werden, wobei dieses Röntgenstrahlsignal von Röntgenstrahldetektoren (58, 59) aufgefangen wird, die mit dem Sub-
stratträger (50) zusammenarbeiten und zu einem Röntgenstrahlsignal ein elektrisches Eingangssignal an die Steuereinrichtung (60) liefern.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Belichtungsschritt darin bestehen, daß eine Schicht aus einem röntgenstrahlungsempFindlichen Material auf der ersten Substrathauptfläche mit einem Röntgenstrahlbildmuster belichtet wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Belichtungsschritt darin bestehen, daß eine Schicht aus einem photoempfindlichen Material auf der ersten Substrathauptfläche mit einem Ultraviolettstrahlungsmuster belichtet wird.
20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Maskenmuster eine Matrixanordnung identischer Teilmuster enthält und bei den Bearbeitungsschritten die zu bearbeitenden Bereiche in einer Matrixanordnung bearbeitet werden, um eine Matrix identischer Festkörpermikrobauelemente auf dem Substrat zu bildea
21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bearbeitungsschritt, der die Maßänderung des Substrats herbeiführt auch eine aus der Ebene des Substrats heraustretende Verformung des Substrats herbeiführt, und daß während des zweiten Belichtungsschrittes das Substrat nahezu eben gemacht wird, dadurch, daß das Substrat (1) gegen einen Träger (50) gedruckt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) und der Substratträger (50) aus elektrisch leitendem Material bestehen, und daß das Substrat gegen eine auf dem Substratträger angeordnete dielektrische Schicht (55) durch eine elektrostatische Kraft gedrückt wird, die dadurch erzeugt wird, daß eine elektrische Spannung zwischen dem Substrat und dem Substratträger angelegt wird.
23. Vorrichtung zum Belichten eines Substrats bei der Herstellung eines Festkörpermikrobauelements mit einem Strahlungsmuster nach dem Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält: einen Träger (50) zur Befestigung des Substrats (1} einen Halter zur Befesfigung der Maske (10) in einem Abstand vor dem Substrat, eine Strahlungsquelle (52) zur Belichtung der Substrathauptfläche mit einem durch die Maske bestimmten Strahlungsmuster sowie ein.? Einrichtung (63) zur Einstellung der Temperatur der Maske und/oder des Substrats während der verschiedenen Belichtungsschritte.
24. Vorrichtung zum Belichten eines Substrats bei der Herstellung eines Festkörpermikrobauelements mit einem Strahlungsmuster nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält: einen wärmeleitenden Träger (50) zur Befestigung des Substrats (1), einen Halter (51) zur Befestigung der Maske (10) in einem Abstand vor dem Substrat und an dem Substratträger angebrachte Heizelemente (63), durch die das Substrat auf einer von der der Maske verschiedenen Temperatur gehalten werden kann.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein Verfahren dieser Art ist beispielsweise aus der DE-OS 26 47 770 bekannt.
Eine Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anwendung bei dem Verfahren nach der Erfindung.
Festkörpermikrobauelemente sind Festkörperbauelemente, bei denen die Anbringung eines Teiles oder
ίο einiger Teile mit einer Genauigkeit innerhalb von μπι oder Bruchteilen eines μπι stattfinden soll. Beispiele von Festkörpermikrobauelementen sind Halbleiterbauelemente (sowohl Einzelhalbleiterbauelemente als auch integrierte Halbleiter-Schaltungen), Oberflächenwellenfilter, Magnetblasen-Anordnungen und Josephson-Grenzschichtanordnungen. Das zur Herstellung der Festkörpermikrobauelemente zu verwendende Strahlungsmuster kann von einer Maske auf die Substratoberfläche projiziert werden; auch können die Maske und das Substrat miteinander in Berührung sein. Das Strahlungsrcuster kann z. B. aus sichtbarem oder ultraviolettem Licht, Röntgenstrahlen od'.i Elektronen bestehen. Die Bearbeitung kann z. B. in eimern örtlichen Ätzen von Metallschichten, Isolierschichten oder anderen Schichten auf der Substratoberfläche oder in dem örtlichen Dotieren des Substrats bestehen.
Für dv- Herstellung der bekannten sogenannten »planaren« Halbleiterbauelemente, einschließlich integrierter Schaltungen, werden bekanntlich photolithographisehe Verfahren allgemein dazu benutzt, gleichzeitig eine Anzahl identischer Halbleiterbauelemente auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat bereitzustellen. Die Herstellungsverfahren umfassen mehrere Schritte, in denen strahlungsempfindliches Material an einer ersten Hauptfläche des Substrats mit einem von einer Maske herrührenden Strahiungsmuster belichtet wird, um an dieser Hauptfläche zu bearbeitende Bereiche zu definieren. Jedes Strahlungsmuster enthält im allgemeinen eine Anzahl in Matrixform angeordneter identischer Teilmuster, um eine Anzahl in Matrixform angeordneter identischer Halbleiterbauelemente auf dem Substrat zu bilden. Das Substrat wird später in Einzelhalbleiterbauelemente geteilt.
Bei dem bekannten Herstellungsverfahren kann jedoch das Substrat infolge der zur Bildung der Halbleiterbauelemente auf dem Substrat verwendeten Bearbeitungsschritte verformt werden. Wenn eine derartige Verformung zwischen zwei Belichtungsschritten auftritt, kann das Strahlungsmuster des zweiten Schrittes
so wenigstens über einen Teil seiner Ausdehnung in bezug auf die in dem ersten Belichtungsschritt definierten Bearbeitungsbereiche falsch ausgerichtet sein. Eine derartige Verformung kann sowohl in einer plastischen Verformung als auch in einer elastischen Formänderung bestehen.
Elastische Verformungen können durch die mechanische Spannung herbeigeführt werden, die von der Änderung der Gitterkonstante beim Einführen von Dotierungsstoffen in das Halbleitersubstrat erzeugt wird. Sie werden auch inSc'ge der Wäi meausdehnungsunterschiede herbeigeführt, wenn Isolierschichten oder andere Schichten auf dem Halbleitersubstrat bei erhöhten Temperaturen erzeugt werden. Manchrr.a'. können auf das Halbleitersubstrat aufgebrachte Schichten selbst eingebaute mechanische Spannungen aufweisen, in Abhängigkeit von der V, ?ise, in der sie erzeugt werden. So stehen z. B. aufgedampfte Metallschichten in der Regel unter mechanischer Spannung, während sich durch Zer-
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