DE2843310C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung eines Halbleiter-Plättchens mit Ableitung von Ladungsansammlungen, die infolge einer Strahlexposition in einem elektrisch leitenden Bereich des Halbleiterplättchens auftreten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Die Verwendung von Strahlen aus geladenen Partikeln, z. B. Elektronenstrahlen, bei Herstellungsprozessen von Halbleiterbauelementen zum Erhalt eines genauen Musters ist seit vielen Jahren bekannt, IEEE Transactions on Electron Devices, VoI. ED-22, No. 7, Juli 1975, S. 385-392, S. 393-399; Electronics, 12. Mai 1977, S. 91—98. Das zu bearbeitende Halbleiterplättchen ist üblicherweise aus einem Halbleitermaterial wie dotiertes Silicium, das mit einer Siliciumdioxidschicht oder anderen isolierenden Schichten sowie mit einem Elektronenstrahl-Resistmaterial beschichtet ist Das Halbleiterplättchen wird in einen Metallhalter eingesetzt und in eine Elektronenstrahlexpositionsapparatur verbracht, die Einrichtungen zum Steuern der Ablenkung und Amplitudenmodulation des Elektronenstrahles und damit zur Steuerung der Lage des Auftreffpunktes des Elektronenstrahles auf dem resistbeschichteten Plättchen aufweist

Typischerweise trifft der Elektronenstrahl auf die Resistschicht mit einem Strahldurchmesser von 0,5 μπι auf, und der Elektronenstrahlauftrefffleck ist auf 0,02 um genau oder besser ablenkbar. Eine derartige Genauigkeit in einer Elektronenstrahlapparatur ist mit den derzeit erhältlichen üblichen Elektronenstrahlsystemen leicht erreichbar. Während die der Elektronenstrahlapparatur eigene hohe Genauigkeit zu Halbleiterbearbeitungsschritten geführt hat, die Halbleiterbauelementmuster in ähnlich hoher Gcriuigkeit liefert, sind gewisse Probleme als Folge der durch die Elektronenstrahlexposition verursachten L.adungsansammlung im Halbleiterplättchen entstanden.

Wenn das Plättchen einem Elektronenstrahl exponiert wird, tritt in einem leitenden Bereich des Plättchens eine Ladungsansammlung auf, weil Elektronen des einfallenden Elektronenstrahls durch die Elektronenstrahlresistschicht und die Isolierschicht in den leitenden Bereich injiziert werden. Wenn der leitende Bereich nicht über einen leitenden Kanal mit einer Ladungssenke verbunden ist, sammelt sich die Ladung in dem leitenden Bereich, in der Resist-Schicht oder in der Isolierschicht an. Die Größe der Ladung ist generell eine Funktion unter anderem der Elektronenstrahlstromstärke, der Dauer der Ladungsansammlung und der spezifischen Leitfähigkeit zwischen dem leitenden Bereich und der Entladungssenke. Eine jede angesammelte Ladung führt zu einem unerwünschten elektrostatischen Feld, Obgleich die Ladungsverteilung innerhalb des leitenden Bereichs im allgemeinen gleichförmig sein mag, ist das elektrostatische Feldmu* ster, das der Elektronenstrahl durchlaufen muß, außerhalb des Halbleiterplättchens nicht gleichförmig. Die Größe des elektrostatischen Feldes ändert sich als Funktion der Lage des Plättchens gegenüber dem einfallenden Elektronenstrahl in einer Ebene senkrecht zum einfallenden Elektronenstrahl. In einigen Fällen wurde beobachtet, daß die Ladungsansammlung einige

hundert Volt oder mein- betrug, was einen Ablenkungsfehler des Elektronenstrahls gegenüber dem Plättchen von 15 μπι oder mehr verursacht. Wenn Positionsgenauigkeiten von 0,1 μπι oder darunter verlangt sind, ist ein durch Ladungsansammlungen verursachter Positionsfehler von 15 μτη selbstverständlich nicht mehr tolerierbar.

Zur Vermeidung oder Reduzierung des Problems von Positionsfehlern aufgrund von Ladungsansammlungen sind verschiedene Versuche unternommen worden, um die Ladung aus dem leitenden Bereich abzuleiten. Eine Methode zur Vermeidung des geschilderten Problems ist das Abätzen der Isolierschicht, um den leitenden Bereich freizulegen und dadurch einen elektrischen Kontakt zum leitenden Bereich während der Elektronenstrahlexposition zu ermöglichen. Hierzu wird beispielsweise die Kante des isolierten Plättchens in eine Ätzlösung getaucht, um den Isolator zu entfernen und einen Kontakt zum leitenden Bereich zu ermöglichen. Ein derartiger Ätzschritt ist aber aufwendig und führt darüber hinaus häufig zu einer Verunreinigung der Plättchenoberfläche. Um eine Verunreinigung der Plättchenoberfläche zu vermeiden, ist auch schon eine spezielle Ätzung auf der Rückseite des Pmttchens vorgenommen worden. Die Ätzung der Plättchtnrückseite erfolgt durch schwimmenlassen des Plättchens auf der Ätzlösung, um so die auf der Plättchenrückseite vorhandene Isolierschicht aufzulösen. Dieses Schwimm-Ätz-Verfahren ist recht umständlich, und darüber hinaus ist es schwierig, die Plättchenoberseite von Verunreinigungen freizuhalten. Es hat sich also keiner der Ätzprozesse als vollständig befriedigend erwiesen.

Neben den Ätzprozessen sind auch schon mechanische Abtragungs- oder Bohrschritte versucht worden, um die Isolierschicht zu durchdringen und einen elektrischen Kontakt zu dem leitenden Bereich herzustellen. Der bei diesen mechanischen Bearbeitungsvorgängen entstehende staubförmige Materialabtrag neigt jedoch dazu, die Plättchenoberfläche zu verunreinigen.

Es besteht deshalb eine Notwendigkeit für ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung eines elektrischen Kontaktes zu einem leitenden Bereich des Halbleiterplättehens, der von einer Isolierschicht bedeckt ist. Außerdem ist es erwünscht, daß das Verfahren leicht in die üblichen Halbleiterbearbeitungsschritte integriert werden kann.

Aus der amerikanischen Patentschrift 37 10 101 ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbleiterplättehens in Verbindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements bekannt, bei dem ein leitender Bereich des Halbleiterplättehens an einer Oberfläche mit einer Isolierschicht bedeckt wird, auf der dann an zwei Markierungsstellen eine Metallisierungsschicht aufgebracht wird. Eine von der Isolierschicht nicht bedeckte Seite der elektrisch leitenden Bereichs des Halbleiterplättehens steht über eine Spannungsquelle und ein Strommeßgerät mit der Metallisierungsschicht in elektrischer Verbindung. Dieses Halbleiterplättchen wird dann zur Einstellung einer exakten Lage in einer Elektronenstrahlvorrichtung einem Elektronenstrahl ausgesetzt und unter Beobachtung des Strommeßgeräts so verschoben, bis die Anzeige erkennen läßt, daß der Elektronenstrahl exakt auf die Markierung gerichtet ist. Das Problem der Verhinderung einer Ladungsansammlung tritt bei diesem Stand der Technik nicht auf.

Aus der DE-AS 72 02 585 ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Widerstandselementes bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein isolierendes Substrat einem Metallionenstrahl ausgesetzt, damit auf diese Weise Metallionen in einen Oberflächenbereich des isolierenden Substrats implantiert werden, Zur

Vermeidung einer positiven Ladungsansammlung wird zunächst die zu bestrahlende Fläche des isolierenden Substrats vor der Strahlexposition mit einer dünnen Schicht aus elektrisch leitendem Material bedeckt Diese Schicht ist mit einer entsprechenden Ladungssen-

ke verbunden. Bei diesem bekannten Verfahren ist der durch die implantierten Metallionen entstehende leitende Bereich nicht allseitig von Isoliermaterial eingeschlossen, so daß die Ladungsableitung mittels einer leitenden Oberflächenschicht einfach vorgenommen werden kann und die eingangs erläuterten Probleme nicht auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung sowie eine zur Herstellung eines

Halbleiterbauelementes geeignete Anwendung des Verfahrens zu schaffen, bei dem bzw. bei der es trotz der den elektrisch leitenden Bereich de Halbleiterplättehens umgebenden Isolierschicht auf einfache Weise möglich ist, die infoige der Strahiexposition aus geladenen Partikeln auftretenden Ladungsansammlungen im elektrisch leitenden Bereich des Halbleiterplättchens zur elektrisch leitenden Halterung abzuleiten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1,8 bzw. 6 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Plättchenhalter und ein Plättchen der in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Art,

F i g. 3 eine Ansicht des Plättchenhalters nach F i g. 2 von unten,

F i g. 4 das Schaltbild des bei der Vorrichtung nach F i g. 1 benutzten Spannungsimpulsgebers,

F i g. 5 die Vorderansicht einer Anordnung bestehend aus dem Spannungsimpulsgeber mit Entladungseinheit dem Plättchenhalter und den anderen Bauelementen,

Fig.6 eine Teilansicht im Schnitt eines teilweise verarbeiteten Halbleiterplättehens und dessen Verbindung zu einem Teil des Plättchenhalters,

F i g. 7 eine schematische Darstellung des Plättchenhalters, wie dieser in einer Elektronenstrahlapparatur exponiert wird.

Wie in F i g. 1 dargestellt, ist ein elektrischer Spannungsimpulsgeber 7 über eine Leitung 8 mit der Oberfläche eines Halbleiterplättehens 3 und über eine weitere Leitung 9 mit einem elektrisch leitenden Halter 10 ve'bL'nden. Der Halter 10 ist typischerweise aus unmagnetischem Metall, z. B. aus unmagnetischem rostfreiem Stahl. Ur.magnetisches Metall v/ird bevorzugt, um die Gegenwart magnetischer Felder zu vermeiden, die eine Elektronenstrahlexposition beeinträchtigen können. Der Halter 10 hat eine Innenwand 29, die eine öffnung 2 definiert. Auf der Oberseite 28 des Halters 10 befindet sich ein Flansch 21, der über die Innenwand 29 in die Öffnung 2 vorsteht. Der Flansch 21 bildet einen mechanischen Anschlag für dat Plättchen 3,

das von unten her in die Öffnung 29 nach oben bis an die Unterseitp des Flansches 21 angrenzend eingesetzt ist. Auch der Flansch 21 ist vorzugsweise aus unmagnetischem Metall wie Phosphorbronze. Das Plättchen 3 sitzt

auf einer unteren Platte 6, die ebenfalls aus unmagnciischem Metall, z. B. Aluminium, ist. Unter der Wirkung einer Blattfeder 25, die am Haller 10 befestigt ist und sich in die öffnung 29 erstreckt, wird das Plättchen 3 gegen die Unterseite des Flansches 21 gedruckt. Außerdem wird das Plättchen durch die Wirkung eines Stößels 22 gegen mechanische Anschläge 23 und 24 (siehe Fig.3) gedrückt und in Stellung gehalten. Der Stößel 22 ist zu diesem Zweck federbelastet.

Das Plättchen 3 weist einen inneren leitenden Bereich 5 und eine Isolierschicht 4 auf. Der leitende Bereich 5 umfaßt jedes Material, das Ladungsträger zu leiten vermag. Für die vorliegenden Zwecke soll der Ausdruck »leitend« sowohl die metallischen Leiter als auch die Halbleiter, wie dotiertes Silicium umfassen. In der Halbleitertechnik würde der Bereich 5 typischerweise P- oder N-Silicium sein. Die Isolierschicht 4 ist irgendein nicht-leitendes Material, in Verbindung mit einem Halbleiter typischerweise Siliciumdioxid.

Γϊ(3Γ QnanniintTcimntilcaphpr 7 narh Pip t Kl pinP

elektrische Vorrichtung, die hinreichend Spannung und Energie zu liefern vermag, um — zumindest kurzzeitig — einen Stromfluß durch die Isolierschicht 4 hindurch zu erzwingen und so eine elektrische Verbindung durch die Isolierschicht 4 hindurch zum leitenden Bereich 5 herzustellen. Für typische Siliciumdioxidschichten, wie diese in der Halbleitertechnologie Verwendung finden, sind Entladungsstromspannungen zwischen 2 kV und 20 kV zur Herstellung der elektrischen Verbindung erforderlich. Die Entstehung der gewünschten elektrischen Verbindung wird durch Messen des Widerstandes zwischen dem Halter 10 an der Leitung 9 zur Oberfläche des Plättchens 3 an der Leitung 8 verifiziert. Vor Durchführung einer elektrischen Entladung liegt der zwischen den Leitungen 8 und 9 gemessene Widerstand von Halter 10 und Plättchen 3 bei mehr als 100 · 10⁶OhITi. Nach einer solchen elektrischen Entladung ist der elektrische Widerstand kleiner als 10" Ohm und liegt üblicherweise in der Größenordnung zwischen 10 000 und 50 000 0hm. Die Herstellung einer elektrischen Verbindung, wie sich diese durch die starke Verringerung des Widerstandes manifestier , hängt vom Entladungsstrom durch die Isolierschicht ab.

Dabei scheint es so zu sein, daß die elektrische Entladung einen Funkendurchschlag von dem leitenden Bereich 5 durch die Isolierschicht 4 zur Leitung 8 auf der einen Seite und von dem leitenden Bereich 5 durch die Isolierschicht 4 zum an die Leitung 9 angeschlossenen Metallhalter 10 auf der anderen Seite erzeugt. Der Funkendurchschlag durch die Isolierschicht an wenigstens zwei Stellen verursacht einen Funkenkanal in der Isolierschicht, '.-enn der Spannungsimpulsgeber ausreichend Energie liefert. Ein derartiger Funkenkanal in der Isolierschicht und die damit verbundene starke Reduzierung des Widerstandes zwischen dem leitenden Bereich 5 und dem Halter 10 führt dazu, daß die in den Bereich 5 durch einen Elektronenstrahl injizierten Elektronen über den Halter in einer Weise abgeleitet werden können, wie dies nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird.

In Fig. 2 und 3 sind weitere Details des Halters 10 nach F i g. 1 dargestellt. Das Plättchen hat typischerweise einen Durchmesser D 2 von etwa 7.5 cm. der kleiner ist als der Durchmesser Di. der durch die zylindrische Innenwand 29 definiert ist. Der Halter 10 trägt den Flansch 21. dessen Öffnung einen Durchmesser D 1 hat, der kleiner ist als der Plättchendurchmesser D 2. Der Außendurchmesser D4 des Flansches 21 ist größer als der Durchmesser D3 der Öffnung, so daß der Flansch 21 teilweise von der Oberfläche des Halters 10 getragen wird. Auf einer Seite ist der Halter 10 (siehe F i g. 2) mit einer Einkerbung 12 versehen, mit der sich der Halter gegen einen Stift 18 als mechanischer Anschlag für seine eine Kante legen soll. Zvei weitere Stifte 18' und 18" dienen als mechanische Anschläge für eine weitere Kante des Halters 10. Die Stifte 18,18' und 18" in F i g. 2 sind mit gestrichelten Linien dargestellt, da sie nicht Bestandteil des Halters 10 sind, sondern zu einer Anordnung gehören, die nachstehend anhand der F i g. 5 im einzelnen beschrieben wird.

Wie aus Fig λ ersichtlich, ist das Plättchen 3 längs einer lOO-Kristailebene zur Definition einer Plättchent5 kante 35 geschnitten. Die Kante 35 des Plättchens 3 legt sich gegen die Anschläge 23. die mit dem Flansch 21 des Halters 10 verbunden sind. Ein weiterer Anschlag 24. der gleichfalls am Flansch 21 befestigt ist, befindet sich etwa unter 90° zu den Anschlägen 23 orientiert. Ein m fpr|prhplaurtf>r Stößel 22 ist im Haller 10 so montiert, daß er das Plättchen gegen die Anschläge 23 und 24 drückt und damit das Plättchen sicher in Stellung hält. Das Plättchen 3 wird dann außerdem noch in Stellung gehalten durch die Blattfeder 25. die am Halter 10 an einem Bolzen 24 schwenkbar gelagert ist. Die Feder 25 kann um den Bolzen 26 in Richtung auf die Einkerbung 12 und in die Vertiefung 27 gedreht werden, so daß das Plättchen 3 und die untere Platte 6 aus der öffnung 2 leich¹ Angesetzt oder entnommen werden können.
Die Ansicht des Halters 10 und des Plättchens 3 nach Fig. I entspricht der Schnittansicht längs den Linien VII-VII in Fig. 3. In ähnlicher Weise ist F i g. 6 eine Teilschnittansicht von Halblciterplättchen und Halter längs der Linie VI-VI in F i g. 3.

In F i g. 4 ist eine Ausführungsform des Spannungsimpulsgebers 7 nach Fig. I im einzelnen dargestellt. Er ist mit seinen Anschlüssen 50 über einen Leistungsschalter 15 an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, um sowohl eine positive gleichgerichtete Spannung + KaIs auch c'nc negative gleichgerichtete Spannung — V von — 6 Volt an den Ausgängen einer blichen Gleichrichterschaltung 51 zu liefern. Der positive Ausgang am Verbindungspunkt 52 ist mit einem Strombegrenzungswiderstand 31 von 5 Ohm. einer Primärwicklung 32 und einem Tastschalter 16 verbunden, der seinerseits am Kollektor eines Schalttransistors 34 liegt. Der Schalttransistor 34 wird durch eine Operationsverstärker 38 leitend oder sperrend geschaltet. Der Verstärker 38 liefert an seinem Ausgang 54 ein mit Netzfrequenz so zwischen + V und — V umschaltendes Signal und schaltet damit den Schalttransistor 34 ein und aus.

Die Sekundärwicklung 33 hat viel mehr WL!:lungen

als die Primärwicklung 32, um ein Hochtransformieren von I : 4000 zu erreichen. Die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 33 ist typischerweise bis zu 20 000VoIt; sie kann aber auch höher sein. Im Sekundärstromkreis liegt die Serienschaltung eines Schalters 36, der in seiner Ruhekontaktlage dargestellt ist, mit dem Halter und montierten Plättchen, die an die Leitungen 8 und 9 in der in F i g. 1 dargestellten Weise angeschlossen sind.

In Fi g. 4 liegt die Leitung 9 des Plätfchenhalters der F i g. 1 an Erde. Die Primär- und Sekundärstromkreise des Spannungsimpulsgebers 7 nach F i g. 4 sind typischerweise von der üblichen Bauart, wie diese bei Automobilzündsystemen als Zündkerzenspulen verwendet werden. Zusätzlich kann der Schalter 3b in die gestrichelte Lage zur Öffnung des Sekundärstromkrei-

ses umgelegt werden, wodurch das Ohm-Meter 19 alternativ an die Leitungen 8 und 9 angeschlossen wird. Mit auf das Ohm-Meter 19 umgeschaltetem Schalter 36 kann daher der Widerstand zwischen Halter 10 und dem Kontakt auf der Oberfläche des Plättchens 3 (Fig. I) ί leicht gemessen werden.

Fig.5 zeigt eine Anordnung, in der der Spannungsimpulsgeber 7, der Plättchenhalter 10 sowie andere Elemente untergebracht sind. Die Anordnung weist eine Entladungs- oder Grundeinheit 11 auf, die das Ohm-Meter 19, den Taster 16 und den Leistungsschalter 15 mechanisch trägt. Der Halter 10 wird in Anlage gegen den Juslierstift 18 aufgesetzt, der als mechanischer Anschlag dient. Der Halter IO liegt auf der Grundplatte 39 durch Schwerkraft auf, zwischen den i> Teilen 39 und 10 ist daher ein guter elektrischer Kontakt vorhanden. Die Grundplatte 39 ist elektrisch mit Erde verbunden (Fig. 4), und entspricht der Leitung 9 in Fig I. Der elektrische und der mechanische Anschluß

• iaitt.ffl.tf -J (.MUIgI VlUlVIl vnt ^uiitunuiuuL, i^. »--.*- schicht 45 wird dann unter Verwendung eines üblichen Reaktionsrohrs, in das Monosilan eingeführt wird, eine polykristalline Siliciumschicht ausgebildet, und zwar in einer Dicke von etwa 40 nm.

Zur Erhöhung der Leitfähigkeit der polykristallinen Siliciumschicht wird dann das Plättchen in eine lonenimplantationsvorrichtung zur Implantation von Phosphorionen verbracht.

Nach der Ionenimplantation wird die polykristalline Siliciumschicht im Plasmaätzverfahren selektiv geätzt, um das polykristalline Siliciumgatemuster 44 auszuformen. Das Plättchen ist dann für eine Phosphorionenimplantation vorbereitet, mit der N+-Source- und Drainzonen 42 und 43 unter Verwendung des polykristallinen Siliciumgate 44 als Implantationsmnske erzeugt werden.

Nach der Ionenimplantation ist es erforderlich, das implantierte Plättchen zur Verteilung der implantierten Ionen einer Warmbehandlung zu unterziehen. Während or. Warnibshündlün" wird dss ⁿoWkrist3!iinc Siüc'Mrn-

Nadel 13 ist über eine Isolierhülse 14 und die Leitung 8 mit dem Spannungsimpulsgeber 7 (Fig. 1 und 4) verbunden.

Die Isolierhülse 14 ist am Deckel 17 befestigt. Der Deckel 17 ist typischerweise aus mechanisch stabilem ?> Kunststoff und an der Einheit 11 mittels eines Gelenks 37 schwenkbar gelagert. Ist der Deckel 17 geschlossen (dargestellte Stellung), wird die Nadel 13 in festen Kontakt mit der Plättchenoberfläche gedrückt. Beim Hochklappen des Deckels 17 um dessen Gelenkpunkt w 37 wird die Nadel 13 vom Plättchen abgehoben.

I:, F i g. 6 sind anhand einer vergrößerten Teilschnittansicht längs der Linie VI-VI in Fig. 3 weitere Details eines teilweise bearbeiteten Halbleiterplättchens 3 dargestellt, das in den Halter 10 eingesetzt ist. Hiernach befindet sich das Plättchen 3 in festem mechanischem Kontakt mit dem Flansch 21 und mit dem mechanischen Anschlag auf der Grundplatte 39 der Einheit 11. Zusätzlich steht die Nadel 13 in festem mechanischem Kontakt mit der oberen Oberfläche 49 des Plättchens 3. ^w

Das Plättchen 3 weist eine Reihe Zonen und Schichten auf, wie diese in der üblichen Metall-Oxid-Halbleiter-Technologie (MOS-Technologie) gebräuchlich sind.

Das Substrat 5 ist üblicherweise ein P-Ieitendes Siliciumplättchen eines Durchmessers von etwa 7,5 cm und einer Dicke von etwa 500 μίτι. Die bekannten Schritte zur Herstellung einer MOS-Anordnung sind wie folgt. Zunächst wird auf der Oberfläche des Substrats 5 eine Siliciumnitridschicht einer Dicke von etwa 150 nm niedergeschlagen. Dies erfolgt auf übliche Weise durch Reaktion in der Gasphase innerhalb eines Reaktionsrohres, durch das eine Mischung von Monosilan und Ammoniak strömt Die Siliciumnitridschicht wird dann unter Verwendung einer Fotoresistschicht als Maske mittels eines herkömmlichen Plasmaätzverfahrens selektiv geätzt. Nach diesem Ätzschritt wird die Fotoresistschicht entfernt. Das auf der Oberfläche des Substrats 5 verbleibende Siliciumnitrid wird dann als Maske zur Herstellung einer Siliciumdioxidschicht 4 verwendet Die Siliciumdioxidschicht 4 wird thermisch bis auf eine Dicke von etwa 600 nm aufgewachsen. Danach werden die Siliciumnitridmasken entfernt und das scheibenförmige Substrat in einen Oxidationsofen gebracht, damit auf der Oberfläche des Substrats an den Stellen, über die sich die Siliciumdioxidschicht 4 nicht erstreckt, eine Oxidschicht 45 bis zu einer Dicke von etwa 50 nm aufgewachsen wird. Ober dieser Oxidgate 44 von einer neuen Oxidschicht 46 bedeckt, die als Folge der Warmbehandlung in oxidierender Atmosphäre entsteht.

Sodann wird eine Ätzung durchgeführt, um die Oxidschicht oberhalb der Source· und Drainzonen 42 und 43 zur Bildung von Elektrodenfenstern 48 zu entfernen. Alsdann wird im Vakuum eine Aluminiumschicht 47 auf die gesamte freiliegende Oberfläche des Plättchens aufgedampft. Hierbei werden die Source- und Drainzonen 42 und 43 durch die Fenster 48 hindurch kontaktiert.

An dieser Stelle wird eine Elektronenstrahl-Resistschicht 49 auf die Aluminiumschicht 47 in einer Dicke von etwa 1 μπι im Schleuderverfahren aufgebracht. Die Resist-Schicht 49 ist typischerweise ein Negativ-Resist, was bedeutet, daß der mit Elektronen bestrahlte Teil des Resists bleibt, während der unbestrahlte Teil nachfolgend entfernt wird. Selbstverständlich können auch Positiv-Resist-Materialien, beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) verwendet werden.

In Fig.6 ist die Schnittansicht nur eines Teils eines Aktivelement-Gebietes des Plättchens als für die vielen anderen solcher Gebiete repräsentativ dargestellt. Ein typisches Plättchen weist jedoch viele aktive Bereiche ähnlich dem in F i g. 6 dargestellten auf. Das in F i g. 6 gezeigte aktive Element wird einem Elektronenstrahl ausgesetzt, damit die Resist-Schicht 49 selektiv entfernt wird. Der zurückbleibende Teil der Resist-Schicht 49 wird dann als Maske zum selektiven Ätzen der Aluminiumschicht 47 verwendet. Wenn die Resist-Schicht 49 dem Elektronenstrahl ohne vorherige Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgesetzt wird, werden die auftreffenden Elektronen des Elektronenstrahls durch die Resist-Schicht 49 in die Aluminiumschicht 47 injiziert und führen dort zu einer Ladungsansammlung.

In der Darstellung von F i g. 6 liegt die Resist-Schicht 49 auf der Aluminiumschicht 47. Sie kann sich bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen aber auch direkt auf der Isolierschicht befinden. Dies ist der Fall, wenn ein Muster für Fenster zum Einführen von Dotierstoffen zum Zwecke einer Verbindung zwischen verschiedenen Schichten oder zum Anschluß von Zuleitungen auf der Isolierschicht (Feldoxidschicht), die die Oberfläche des Halbleiterplättchens bedeckt, auf einer Isolierschicht zwischen hierarchischen Metallisierungsschichten oder einer als Oberflächenschutz dienenden Isolierschicht ausgebildet wird. In einem solchen

Fall bedeckt die Resist-Schicht die Isolierschicht, so daß mittels eines Elektronenstrahls injizierte Elektronen eine Ladungsansammlung in der Isolierschicht verursachen. Das Abführen einer solchen Ladungsansammlung in der Isolierschicht ist wegen des isolierenden Charakters dieser Schicht schwierig. Daher ist hierbei das Verfahren gemäß der Erfindung einzusetzen.

Der Plättchenhalter 10 nebst eingesetztem Plättchen 3 wird zu diesem Zweck in die Entladungseinheit 11 eingesetzt, wie dies in Verbindung mit F i g. 5 beschrieben worden ist. Sodann wird der Deckel 17 geschlossen, wodurch die Kontaktnadel 13 (Fig.5) in die Resistschicht 49 (Fig. 6) eingedrückt wird. In dieser Stellung ist ein elektrischer Kontakt durch den Halter 10 zu einer Seite des Spannungsimpulsgebers 7 (F i g. 1 und 4) und zum Plättchen auf der anderen Seite durch die Nadel 13 hergestellt. Anschließend werden die Schalter 15 und 16 geschlossen, um eine Hochspannungsentladung zu erzeugen.

Die elektrische Entladung führt zu einer elektrischen Verbindung 61 in Form eines Funkenkanals zwischen Nadel 13 und Aluminiumschicht 47. Weiterhin entstehen ein oder mehrere zusätzliche Funkenkanäle 62, 63 oder 64 zwischen dem Substrat 5, der Aluminiumschicht 47, dem Stift 23 und dem Flansch 21 des Halters 10. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist ein Funkenkanal 64 zwischen der Aluminiumschicht 47 und dem Flansch 21 durch die Resist-Schicht 49 hindurch dargestellt. Weiterhin ist ein Funkenkanal 62 durch die Siliciumdioxidschicht 41 hindurch zwischen der Aluminiumschicht 47 und dem Substrat 5 dargestellt. Fernerhin ist ein Funkenkanal 63 durch die Siliciumdioxid-Seitenwandbeschichtung 4 und einen Teil der Resistschicht 49 zum Metallstift 23 dargestellt.

Um die elektrische Verbindung mit einem Reihenwiderstand unterhalb 10⁶Ohm herzustellen, sind eine oder mehrere Entladungen, die durch kurzes Tasten des Schalters 16 erzeugt werden, notwendig. Anschließend kann der Schalter 36 auf das Ohm-Meter 19 umgelegt werden (Fig. 4), um so den Reihenwiderstand zu messen und sicherzustellen, daß dieser befriedigend niedrig ist. Ein Funkenkanal ist dann als elektrische Verbindung durch einen Isolator anzusehen, wenn durch ihn der Reihenwiderstand auf wesentlich weniger als 10⁸ Ohm gesenkt wird.

Typischerweise beträgt die Elektronenstrahlstromstärke 10~⁷ Ampere. Bei der Halbleiterbearbeitung der hier beschriebenen Art ist eine durch angesammelte Ladung verursachte Restspannung von etwa 0,1 Volt im Plättchen vorhanden, wenn der Reihenwiderstand der elektrischen Verbindung etwa 10⁶OlIm beträgt. Diese Spannung von 0,1 Volt hat einen Lageversetzungsfehler von etwa 15 nm für den einfallenden Elektronenstrahl zur Folge. Wo ein derartig kleiner Auftreffpunkt-Versetzungsfehler von 15 nm akzeptabel ist, sind demgemäß Restspannungen von 0,1 Volt und damit ein Reihenwiderstand von 10⁶ Ohm akzeptabel.

Nachdem das Plättchen 3 (Fig.6) der elektrischen Entladung ausgesetzt worden ist, werden der Halter 10 und das hiermit nunmehr über die Funkenkanäle auch elektrisch verbundene Plättchen 3 in die Elektronen-Strahlapparatur verbracht und einer mustererzeugenden Elektronenstrahlexposition unterworfen. Da die elektrische Verbindung in Form der Funkenkanäle von den leitenden Bereichen (d. h. Aluminiumschicht 47 und Halbleitersubstrat 5) vorhanden ist, tritt keine übermäßige Ladungsansammlung auf, 'ind die Elektronenstrahlexposition erfolgt mit einer Lagegenauigkeit von mehr als 100 nm. Nach der Exposition wird das Plättchen 3 aus dem Halter 10 zur weiteren Verarbeitung entnommen. Die "om Elektronenstrahl nicht bestrahlten Gebiete werden in einem üblichen Lösungsmittel

■> aufgelöst. Die solcherart freigelegte Aluminiumschicht wird dann nach üblichen Ätzmethoden abgeätzt, um Elektroden und Zuleitungen entsprechend dem nicht entfernten Teil der Aluminiumschicht 47 zu erzeugen. Wenn danach weitere Schritte durchzuführen sind, die

ίο das Aufbringen eines Elektronenstrahl-Resist-Materials erfordern, werden das Verfahren und die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung erneut angewandt.

In Fig. 7 sind PliUlchcnhalter 10 und das hiermit elektrisch verbundene Plättchen 3 als in eine Elektro-

I¹J nenstrahlapparatur eingesetzt dargestellt. Die Schnittansicht entspricht dabei der Linie VII-VII in F i g. 3. Die Elektronenstrahlapparatur weist eine Elektronenstrah!- quelle 65 auf, die oberhalb der Oberfläche des Plättchens 3 und des Halters 10 gelegen ist. Das Plättchen 3 und der Halter 10 sind auf einem Tisch 66 angeordnet, der seinerseits in der zur Eiektronenstrahirichtung senkrechten Ebene verschiebbar ist. Wenn das Plättchen 3 mit den erfindungsgemäß erzeugten Funkenkanälen versehen ist, trifft der Elektronenstrahl

2^ri 60 der Elektronenstrahlquelle 65 auf der Oberfläche des Plättchens 3 im Punkte 67 auf, wobei der Ort des Punktes 67 bis auf einen Lagefehler von weniger als 100 nm genau ist. Denn die im Bereich 5 injizierten Elektronen werden über den leitenden Funkenkanal 64 zum Metallflansch 21 und über den Halter 10 zum Metalltisch 66 der Elektronenstrahlapparatur abgeleiiel.

Bei Fehlen der Funkenkanäle sammelt sich dagegen Ladung im leitenden Bereich 5 an, die im allgemeinen gleichförmig verteilt ist. Eine gleichförmig verteilte Ladung im Bereich 5 erzeugt ein elektrisches Feld mit Äquipotentiallinien 69 des dargestellten Verlaufs. Als Folge erfährt der einfallende Elektronenstrahl 60 eine Ablenkung, um auf der Oberfläche des Plättchens 3 an der Stelle 68 aufzutreffen. Die Ablenkung d 1 des Punktes 68 vom gewünschten Punkt 67 kann bis zu 15 μΐη betragen, d. h. es wird die gewünschte Genauigkeit, mit der das Plättchen dem Elektronenstrahl auszusetzen ist, empfindlich beeinträchtigt.

Nach einer Verschiebung des Tisches 66 ist eine zweite relative Lage für die Elektronenstrahlquelle bei 65' dargestellt. Die Quelle erzeugt in der Position 65' einen Elektronenstrahl 60', der beim erfindungsgemäß behandelten Plättchen an der Stelle 67' auf der Plättchenoberfläche auftrifft. Bei Fehlen der erfindungsgemäß erzeugten Funkenkanäle wird der Elektronenstrahl 60' in den Punkt 68' abgelenkt. Wiederum kann der Punkt 68' vom gewünschten Auftreffpunkt 67' um einen Abstand c/2 entfernt sein, der bis zu 15 μΓη beträgt Es sei bemerkt, daß in F i g. 7 die Quelle 65 vom Mittelpunkt des Plättchens 3 weiter entfernt ist als die Elektronenstrahlquelle 65'. Die Ablenkung eines weiter vom Plättchenmittelpunkt entfernten Elektronenstrahls ist größer als die Ablenkung </2 eines näher beim Mittelpunkt des Plättchens gelegenen Elektronenstrahls.

Im Vorstehenden ist ein Anwendungsbeispiel der Erfindung anhand der MOS-Technologie beschrieben worden. Die Erfindung kann jedoch im Zusammenhang mit zahlreichen weiteren Halbleiter-Technologien Anwendung finden. Beispielsweise kann die Erfindung auch bei der sog. »Lift-offa-Elektronenstrahl-Halbleitertechnologie mit Vorteil Anwendung finden.

Dc' der Liä-off-Elektronenstrahl-Techriologie wird ein Llektronenstrahl-Resist-Material auf der Oberfläche eines Siliciumplättchens aufgebracht. Hierbei wird der Eleklion^pnstrahl-Resist-Belag auf einer thermisch aufgewachsenen Siliciumdioxidschicht und einer Silicium-

nitridschicht aufgebracht, die in üblicher Weise hergestellt worden sind, beispielsweise wie dieses oben erläutert wurde. Eine derartige Anordnung hat im Unterschied zum in Verbindung mit Fig.6 beschriebenen Beispiel keine Alumiiiiumschicht 47.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfanren zur Bearbeitung eines Halbleiter-(HL)-PIättchens, bei dem ein elektrisch leitender Bereich des HL-PIättehens von einer Isolierschicht umgeben wird, bei dem zumindest auf einem Teil der Isolierschicht direkt oder unter Zwischenlage einer Metallisierungsschicht eine Resist-Schicht ausgebildet wird und bei dem das HL-Plättchen dann in eine elektrisch leitende Halterung eingesetzt und einem >° Strahl aus geladenen Partikeln ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß, bevor das HL-Plättchen (3) dem Partikelstrahl ausgesetzt wird, zwischen die Resist-Schicht (49) und die Halterung (10, 21) eine zur Bildung eines oder mehrerer Funkenkanäle (61 bis 64) in der Isolierschicht (4,41) und der Resist-Schicht (49) geeignete Spannung mittels einer einen ausreichenden Strom erzeugenden Einrichtung angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnen daß der Wert der Spannung mehr als 2000 Voll beträgt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Anlegen der Spannung der Reihenwiderstand zwischen dem HL-Plättchen (3) und der Halterung (10,21) gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Spannung und Strom angelegt werden, bis der Reihenwiderstand unter 10⁶ Ohm liegt

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung über eine mit der Oberfläche des HL-Plättchens (3) in Berührung stehende Nadel (13) angelegt wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, dadurch gekennzeichnet, daß die Resist-Schicht (49) eine Elektronenstrahl-Resist-Schicht ist und einem Elektronenstrahl ausgesetzt wird.

7. Anwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektronenstrahl mit einem Strom bis zu ΙΟ-⁷ Ampere verwendet wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine elekirisch leitende, mechanische Halterung (10, 21) für das HL-Plättchen (3), durch eine Entladungseinheit (11) mit einer Nadel (13) zur Berührung der Oberfläche des HL-PIättchens (3) und durch einen Spannungsimpulsgeber (7) zum Anlegen eines so Spannungsimpulses zwischen die Halterung und die Nadel, wenn letztere sich in Kontakt mit der Oberfläche des HL-PIättchens befindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinheit (11) einen die Nadel (13) haltenden schwenkbaren Deckel (17) aufweist, mit dem die Nadel in Kontakt mit der Resist-Schicht (49) bewegbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsimpulsgeber (7) eine Induktionsspule (33), eine Schaltung zur Erregung der Induktionsspule und Schaltmittel (16) zum Unterbrechen des Spulenerregungsstromkreises zur Erzeugung des Spannungsimpulses aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungseinheit (11) ein Ohmmeter (19) sowie Schaltmittel (36) zum Anschließen des Ohmmeters zwischen Nadel

(13) und Halterung (10, 21) aufweist, wodurch das Ohmmeter den Reihenwiderstand zwischen dem HL-Plättchen (3) und der Halterung(10,21) mißt.