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DE1614283B2 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung

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DE1614283B2
DE1614283B2 DE1614283A DE1614283A DE1614283B2 DE 1614283 B2 DE1614283 B2 DE 1614283B2 DE 1614283 A DE1614283 A DE 1614283A DE 1614283 A DE1614283 A DE 1614283A DE 1614283 B2 DE1614283 B2 DE 1614283B2
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DE
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silicon
pattern
layer
oxide layer
junction
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DE1614283A
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DE1614283A1 (de
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Else Eindhoven Kooi (Niederlande)
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Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Description

bracht, so daß die Oxidschicht nicht geätzt zu werden braucht, was insbesondere bei der dicken Oxidschicht vorteilhaft ist.
Das Oxidationsmaskierungsmaterial hat vorzugsweise eine Dicke, die geringer ist als die des anzubringenden Musters aus Siliziumoxid. Eine solche Maskierungsschicht läßt sich durch Ätzen oder Zerstäuben genauer in einem erwünschten Muster ausbilden als eine dickere Schicht. Es ist vorteilhaft, den Siliziumkörper örtlich vor Oxidation zu schützen, indem eine Schicht aus Siliziumnitrid angebracht wird. Andere Maskierungsmaterialien sind möglich, z. B. gewisse Metalle wie Platin und Rhodium. Diese Maskierungsmetalle sind jedoch den hohen Temperaturen, z.B. von 1000° C oder mehr, der üblichen Oxidationsbehandlungen, bei welchen z.B. nasser Sauerstoff unter etwa atmosphärischem Druck über den Siliziumkörper geführt wird, bedeutend weniger widerstandsfähig.
Wird örtlich auf einer Oberfläche eines Siliziumkörpers durch Oxidation eine Siliziumoxidschicht angebracht, so ist das erhaltene Siliziumoxidschichtmuster über einen Teil seiner Dicke in den Halbleiterkörper versenkt. Vorzugsweise jedoch wird die Oxidationsbehandlung mindestens einmal unterbrochen, wobei während der Unterbrechung die schon entstandene Oxidschicht wenigstens zu einem Teil ihrer Dicke wieder entfernt wird, z. B. durch Ätzen. Auf diese Weise kann ein über einen größeren Teil seiner Dicke oder sogar über seine ganze Dicke in den Siliziumkörper versenktes Muster erhalten werden. Weiterhin kann vor dem Anbringen des Musters der Siliziumkörper bereits einer Ätzbehandlung an den für das Muster beabsichtigten Stellen unterworfen werden.
Wie sich aus vorstehendem ergibt, ist die Erfindung insbesondere von Bedeutung zum Anbringen eines dicken Musters, z. B. mit einer Dicke von mindestens 0,5 [im.Vorzugsweise wird ein über mindestens 0,5 μΐη seiner Dicke in den Siliziumkörper versenktes Muster angebracht.
Wesentlich ist eine Ausführungsform des Verfahrens, bei dem mittels der Maskierung ein Siliziumoxidschichtmuster mit mindestens einer Öffnung angebracht wird. Auch bei einer dicken Oxidschicht kann die Öffnung sehr klein sein, da im Gegensatz zu den bekannten Verfahren die öffnung nicht durch Ätzen in der Oxidschicht angebracht zu werden braucht. Die Maskierung, die z.B. aus einer dünnen Siliziumnitridschicht bestehen kann, kann durch photolithographische Prozesse genau in Form eines oder mehrerer kleiner Flecken angebracht werden. Weiter wird an dem Ort der öffnung nicht ein kleines tiefes Loch erhalten, das die Anbringung eines Kontaktes erschweren würde, da das Muster in den Siliziumkörper versenkt ist.
Vorteilhaft kann die Maskierung in der öffnung ganz von der Oberfläche des Siliziumkörpers entfernt und auf der Oberfläche in dieser öffnung eine Metallschicht angebracht werden, so daß eine Schottky-Diode erhalten wird (Diode mit einem Metall-Halbleiter-Übergang), wobei, um das Anbringen eines elektrischen Anschlusses zu ermöglichen, diese Metalischicht sich bis über die Siliziumoxidschicht erstreckt.
Weiterhin kann die Maskierung der Oberfläche des Siliziumkörpers in der öffnung entfernt und durch Diffusion einer Verunreinigung in diese Oberfläche ein PN-Übergang in dem Siliziumkörper angebracht werden und eine Metallschicht mit letzterer Oberfläche in Berührung gebracht wird, die sich bis über die Siliziumoxidschicht erstreckt, um einen elektrisehen Anschluß anbringen zu können. Auf diese Weise kann z. B. eine sehr kleine PN-Diode erhalten werden.
Da die Oxidschicht ohne Bedenken dick sein kann, kann eine gute Isolierung zwischen einer auf der
ίο Oxidschicht angebrachten Metallschicht und dem Halbleiterkörper erhalten werden, während bei der Befestigung einer Anschlußleitung an der Metallschicht die Gefahr einer Beschädigung der Oxidschicht sehr gering ist.
Eine sehr wichtige Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Entfernen wenigstens eines Teiles der Maskierung der Oberfläche des Siliziumkörpers in der Öffnung durch Diffusion einer Verunreinigung in die frei gemachte Oberfläche mindestens ein PN-Übergang in dem Siliziumkörper angebracht wird. Dieser Übergang liegt vorzugsweise in einer geringeren Tiefe von der Oberfläche her als die Versenkungstiefe des Musters in (·' dem Körper. Auf diese Weise kann man einen praktisch flachen PN-Übergang erhalten, dessen PN-Übergangsfläche annähernd parallel zur Oberfläche der Siliziumoxidschicht läuft und die doch am Rande durch die Oxidschicht begrenzt wird. Dabei werden die vorerwähnte Ionendrift und die Verringerung der Durchschlagspannung durch starke Krümmung der PN-Übergangsfläche beschränkt.
Bevor die Verunreinigung eindiffundiert wird, kann die ganze Maskierung entfernt werden, während nach dem Anbringen des PN-Überganges mittels einer Diffusionsmaske in einen Teil der Oberfläche des Siliziumkörpers in der Öffnung des Musters eine Verunreinigung eindiffundiert werden kann, um einen zweiten PN-Übergang in einer geringeren Tiefe von der Oberfläche her als der bereits vorhandene PN-Übergang zu erhalten. Es entsteht dann eine planare NPN- oder PNP-Transistorstruktur, wobei einer der PN-Übergänge praktisch flach ist.
Bei einer weiteren wichtigen Ausführungsform des Verfahrens wird vor der Diffusion die Maskierung ί nur teilweise entfernt, während nach der Diffusion und nach dem Anbringen durch Oxidation einer Siliziumoxidschicht in der öffnung an der nicht durch die Maskierung abgedeckten Oberfläche, wobei die Oxidschicht dünner ist als die des Musters und über wenigstens einen Teil ihrer Dicke in den Siliziumkörper versenkt ist, der verbleibende Teil der Maskierung wird entfernt, und in die frei gewordene Oberfläche eine Verunreinigung diffundiert, um einen PN-Übergang zu erhalten, der sich an den bereits vorhandenen PN-Übergang anschließt, sowie eine Verunreinigung zum Erzielen eines zweiten PN-Überganges, der in einer kleineren Tiefe in dem Siliziumkörper liegt als die erwähnten anschließenden PN-Übergänge und als die Tiefe der Versenkung der dünneren Siliziumoxidschicht in den Siliziumkörper. Es kann auf diese Weise eine Transistorstruktur mit einem praktisch flachen Emitter-Übergang und einer Basiszone erhalten werden, deren unter der Emitterzone liegender Teil dünner ist als der verbleibende Teil der Basiszone ist.
Vorzugsweise wird auf dem Siliziumoxidschichtmuster mindestens eine Metallschicht angebracht, die in einer in der Halbleitertechnik üblichen Weise mit
einer durch Diffusion einer Verunreinigung erhaltenen diffundierten Zone verbunden wird, während eine Anschlußleitung mit dieser Metallschicht verbunden wird.
Gemäß einer weiteren sehr wichtigen, bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zur Herstellung einer monolithischen Halbleiterschaltung der Siliziumkörper mit einer Isolierschicht versehen, die aus dem versenkten Muster und einem daran anschließenden dünnen Teil besteht, wobei Schaltungselemente angebracht werden, von denen Halbleiterzonen an den dünnen Teil grenzen und auf der Isolierschicht eine Leiterbahnen bildende Metallschicht angebracht, die sich auch über das versenkte Muster erstreckt.
Bei der Herstellung monolithischer Halbleiterschaltungen ist es oft erwünscht, eine dünne Isolierschicht z. B. aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid anzuwenden, wobei jedoch während der Verbindung einer Anschlußleitung mit einer Anschlußfläche der Leiterbahnen auf der Isolierschicht diese dünne Isolierschicht beschädigt werden kann, so daß Kurzschluß zwischen der Anschlußleitung und diesem Siliziumkörper auftreten kann. Die Isolierschicht kann auch beschädigt werden beim Prüfen der hergestellten Halbleiteranordnung, wobei Kontaktstifte gegen die Anschlußstellen gedrückt werden. Dies führt in der Praxis zu einem großen Anschluß. Indem ein Muster verwendet wird, mittels dessen eine Isolierschicht erhalten wird, die an der Stelle des Musters eine Verdickung aufweist und die Anschlußflächen auf dem Muster angebracht werden, läßt sich der erwähnte Anschluß praktisch vollständig vermeiden.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
F i g. 1 bis 3 schematische Querschnitte durch einen Halbleiterkörper in aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung eines versenkten Siliziumoxid-Musters,
Fig.4 einen schematischen Querschnitt durch eine nach dem Verfahren hergestellte Schottky-Diode,
F i g. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine nach dem Verfahren hergestellte PN-Diode,
F i g. 6 einen schematischen Querschnitt durch einen nach dem Verfahren hergestellten PNP- bzw. NPN-Transistor,
F i g. 7 bis 9 schematische Querschnitte durch Teile des Halbleiterkörpers in verschiedenen Herstellungsstufen eines nach dem Verfahren hergestellten NPN- bzw. PNP-Transistors mit Stufenbasis,
F i g. 10 eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung mit zwei Halbleiterschaltungselementen, die nach dem Verfahren hergestellt ist,
F i g. 11 einen Querschnitt entlang der Linie XI-XI in Fig. 10,
F i g. 12 schematisch einen Querschnitt entlang der LinieXII-XII in Fig. 10.
Bei den einzelnen, unten beschriebenen Ausführungsbeispielen wird unter anderem der Unterschied in der Ätzgeschwindigkeit von Siliziumnitrid, Siliziumoxid und einem gemischten Oxid von Blei und SiIizium (Bleiglas) in den nachfolgenden Ätzflüssigkeiten benutzt:
Fluorwasserstoffsäure (50 %)
Ätzgeschwindigkeit von Siliziumnitrid
(angebracht auf einem Siliziumkörper durch Erhitzung dieses Körpers auf etwa 1000° C in einem Gasgemisch aus SiH4 und NH3) etwa 0,3 A/sec
Ätzgeschwindigkeit von Siliziumoxid
etwa 300 A/sec.
In starker, verdünnter Fluorwasserstoffsäure nehmen die Ätzgeschwindigkeiten ab.
P-Ätzmittel, eine Flüssigkeit aus 15 Teilen Fluorwasserstoffsäure (50%), 10 Teilen HNO3 (7O°/o) und 300 Teilen Wasser.
Ätzgeschwindigkeit von Siliziumoxid etwa 2 A/sec. Ätzgeschwindigkeit von Bleiglas etwa 300 Ä/sec.
Beispiel 1
Dieses Beispiel betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einer Schottky-Diode (s. F i g. 4). Diese Halbleiteranordnung 20 besteht aus einem Siliziumkörper 1 mit einem die Schottky-Diode bildenden Metall-Halbleiterübergang 11, 3 an der Oberfläche 10 des Siliziumkörpers 1, auf der eine Siliziumoxidschicht angebracht ist. Die praktisch flache Siliziumoxidschicht wird durch eine Oxidbehandlung der Oberfläche des Körpers 1 erzeugt und in Form eines Siliziumoxidschichtmusters 8 angebracht, worauf der nicht von dem Muster bedeckte Oberflächenteil 10 einer in der Halbleitertechnik üblichen Behandlung unterworfen wird, um das Schaltungselement, hier die Schottky-Diode, herzustellen. Dies bedeutet in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Anbringen einer Metallschicht 11.
Bei den bekannten Verfahren wird die gesamte Oberfläche des Siliziumkörpers mit Siliziumoxid bedeckt, worauf, um das Muster zu erzeugen, in die Oxidschicht z. B. durch Ätzen eine öffnung eingebracht wird und dann in dieser Öffnung der Metall-Halbleiterübergang hergestellt wird. Vorliegend wird ein Siliziumoxidschichtmuster direkt angebracht, das wenigstens über einen Teil seiner Dicke in den Siliziumkörper 1 versenkt ist, da während der Oxidationsbehandlung die Oberfläche des Siliziumkörpers örtlich vor Oxidation geschützt wird.
Es wird dazu von einem Siliziumkörper 1.(Fig. 1) ausgegangen, der aus einer Siliziumscheibe 2 vom N-Typ mit einem spezifischen Widerstand von etwa 0,01 Ωαη und einer Dicke von etwa 200 μπι besteht. Auf diese Siliziumscheibe wird durch epitaxiales Anwachsen eine Siliziumschicht 3 vom N-Typ mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1 Qcm und einer Dicke von etwa 4 μπι angebracht. Die weiteren Abmessungen des Siliziumkörpers sind weniger kritisch. Gewöhnlich wird der Siliziumkörper 1 hinreichend groß gewählt, um eine größere Anzahl von Schaltungselementen gleichzeitig nebeneinander anbringen zu können, der Körper wird dann anschließend in die einzelnen Schaltungselemente aufgeteilt. Nachstehend wird einfachheitshalber nur die Herstellung eines Schaltungselementes beschrieben.
Auf der Schicht 3 wird eine Maskierung angebracht, die aus einer Schicht 4, 5 aus vor Oxidation schützendem Material mit einer Dicke besteht, die kleiner ist als die des anzubringenden Musters 8. Vorzugsweise wird eine Schicht 4, 5 aus Siliziumnitrid angebracht. Die Siliziumnitridschicht 4, 5 kann nach einem in der Halbleitertechnik üblichen Verfahren angebracht werden, in dem der Körperl in einem Gasgemisch aus SiH4 und NH3 auf etwa 1000° C erhitzt wird. Die Schicht 4, 5 hat z. B. eine Dicke von 0,1 μΐη.
Nach einem bekannten Verfahren, z. B. mittels eines photolithographischen Verfahrens, wird dann die Schicht 4, 5 teilweise entfernt, so daß eine runde
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Scheibe 5 mit einem Durchmesser von 5 μΐη zurückbleibt. Da die Schicht 4, 5 dünn ist, könnten die geringen Abmessungen dieser Scheibe sehr genau eingehalten werden. Indem dann Wasserdampf mit einem Druck von 1 Atmosphäre bei etwa 11000C über den Körper 1 geleitet wird, wird ein Muster aus Siliziumoxid angebracht. Diese Oxidationsbehandlung wird nach 2 Stunden unterbrochen; dann ist bereits eine Oxidschicht 6 mit einer Stärke von 1 μπι vorhanden, die über etwa 0,5 μπι in den Körper 1 versenkt ist (F i g. 2).
Während der Unterbrechung der Oxidationsbehandlung wird die erhaltene Oxidschicht 6 über ihre gesamte Dicke durch Ätzen mit Fluorwasserstoffsäure wieder entfernt. Anschließend wird die Oxidationsbehandlung wiederholt, so daß das 1 μπι dicke Muster aus Siliziumoxid 8 (F i g. 3), das mit einer öffnung 7 versehen ist, entsteht, das praktisch über seine gesamte Dicke in den Siliziumkörper 1 versenkt ist.
Darauf wird der Körper 1 in Anwesenheit einer Bleioxidplatte, die nahe der Maskierungsscheibe 5, z. B. in einem Abstand von 0,3 mm, gehalten wird, während etwa 5 Minuten auf 700° C erhitzt. Dadurch wird das Siliziumnitrid der Scheibe 5 in Bleiglas umgewandelt. Dieses Bleiglas kann durch Erhitzen in dem obenerwähnten P-Ätzmittel in etwa 1 Minute gelöst werden. Die Maskierung 5 ist dann vollständig von der Oberfläche 10 des Siliziumkörpers 1 in der Öffnung 7 entfernt. Auf dieser Oberfläche 10 wird dann eine Goldschicht 11 angebracht, die mit dem Halbleiterkörper einen Schottky-Kontakt bildet, wobei sich zur Herstellung eines elektrischen Anschlusses diese Goldschicht 11 über die Oxidschicht 8 hin erstreckt. Die Goldschicht5 hat z.B. einen Durchmesser von 20 μπι und kann nach einem bekannten Verfahren, z. B. durch Aufdampfen, angebracht werden. Der elektrische Anschluß wird in üblicher Weise dadurch hergestellt, daß eine Anschlußleitung 12 an der Goldschicht 11 befestigt wird. Diese Befestigung wird dadurch erleichtert, daß die Goldschicht 11 praktisch flach ist, da das Muster 8 in den Körper versenkt ist.
Der Körperl kann in üblicher Weise, z.B. durch Löten oder Legieren, an einer metallischen Trägerplatte 13 befestigt werden, die als zweiter elektrischer Anschluß der Schottky-Diode dient.
Beispiel 2
Ein Siliziumkörper vom P-Typ mit einem spezifischen Widerstand von 25 Qcm und einer Dicke von 200 μπι wird, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit einem praktisch über seine gesamte Dicke in den Siliziumkörper 1 (Fig. 5) versenkten Muster versehen, das aus einer mit einer Öffnung 7 versehenen flachen Siliziumoxidschicht 8 mit einer Dicke von etwa 1 μπι besteht. Die öffnung hat einen Durchmesser von 100 μΐη.
Die Maskierungsschicht wird auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise von der Oberfläche 10 des Siliziumkörpers 1 in der öffnung 7 entfernt. Dann wird durch Eindiffusion in die Oberfläche 10 im Körper 1 ein PN-Übergang 25 erzeugt und auf der Oberfläche
10 eine einen guten Kontakt bildenden Metallschicht
11 angebracht. Ist die öffnung 7 klein, so kann die Metallschicht 11, wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, sich bis über die Oxidschicht 8 erstrecken, um eine hinreichend große Oberfläche zur Befestigung eines Anschlußleiters zu erhalten.
Die Tiefe des PN-Überganges 25 ist von der Oberfläche her gesehen, geringer als die Tiefe, über die das Muster 8 in den Siliziumkörper 1 versenkt ist. Der PN-Übergang 25 wird z. B. in einer Tiefe von 0,7 μπι durch die übliche Phosphordiffusion angebracht, wobei die N-leitende Zone 28 entsteht. Es ergibt sich dann ein praktisch flacher PN-Übergang 25, dessen Rand trotzdem an die Oxidschicht grenzt.
Nach Reinigung der Oberfläche 10 wird auf übliche Weise, z. B. durch Aufdampfen, eine Aluminiumkontaktschicht 11 angebracht. Dadurch läßt sich ein praktisch ohmscher Kontakt erreichen. Der Halbleiterkörper wird dann auf übliche Weise auf einer Metallplatte 13 befestigt, die ebenfalls einen Kontakt bildet. An der Kontaktschicht 11 kann noch ein Anschlußleiter befestigt werden. Die so hergestellte Halbleiteranordnung bildet also eine PN-Diode. Die durch dieses Verfahren hergestellten Dioden zeigten eine Durchschlagspannung von etwa 200 V, während die nach dem bisher üblichen Verfahren aus dem gleichen Material hergestellten Dioden, die den gleichen Temperaturbehandlungen (Oxidationen, Diffusionen) unterworfen wurden, eine Durchschlagspannung von (: nicht mehr als 100 V aufwiesen. v '
Der Unterschied in der Durchschlagspannung wird dadurch verursacht, daß die nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Dioden einen praktisch flachen PN-Übergang aufweisen, während die durch das übliche Planarverfahren hergestellten Dioden einen gekrümmten PN-Übergang haben.
Beispiel 3
Eine Halbleiteranordnung mit einer NPN- oder PNP-Transistorstruktur kann wie folgt hergestellt werden:
Nachdem die Maskierungschicht von der Oberfläche 10 (F i g. 6) des Siliziumkörpers in der Öffnung 7 des versenkten Musters 8 entfernt ist, und ein praktisch flacher PN-Übergang 25 auf die im Beispiel 2 beschriebene Art und Weise angebracht worden ist, wird die Oberfläche 10 mit einer Diffusionsmaske versehen. Diese Diffusionsmaske ist z. B. eine Siliziumoxidschicht 41 mit einer Dicke von etwa 0,3 μπι mit einer öffnung 37. Diese Diffusionsmaske kann auf eine in der Halbleitertechnik übliche Art und Weise angebracht werden. Anschließend wird durch Diffusion einer Verunreinigung durch die Öffnung 37 ein zweiter PN-Übergang 36 in einer geringeren Tiefe als der bereits vorhandene PN-Übergang 35 angebracht, so daß sich eine PNP- oder NPN-Struktur ergibt.
Wie in der Planartechnik üblich, werden dann auf der Oxidschicht 32 Metallschichten 40 und 39 angebracht, die durch Öffnungen 38 und 37 mit den durch die PN-Ubergänge 35 und 36 begrenzten diffundierten Zonen 45 und 28 verbunden sind. Mit den Metallschichten 40 und 39 werden dann Anschlußleiter 44 und 43 verbunden. Schließlich wird der Halbleiterkörper 1 an einer ebenfalls als Kontakt dienenden Metallplatte 13 befestigt.
Die so hergestellten Transistorstrukturen haben einen praktisch flachen PN-Übergang 25, der als Kollektor- oder Emitter-Übergang dienen kann, während der PN-Übergang 36 als Emitter- oder Kollektor-Übergang dient.
Der die Übergänge 25 und 36 enthaltende Teil des Halbleiterkörpers 1 kann eine epitaktisch angewachsene Siliziumschicht sein, wobei sich das Muster 8 über die gesamte Dicke dieser Schicht erstrecken
kann. Es ist dann eine Struktur möglich, die einer epitaktischen Mesa-Transistorstruktur entspricht.
Das Siliziumoxidmuster 8 kann bei einem Transistor vorteilhafterweise eine größere Dicke (z. B. 2 μΐη) haben als bei einer Diode, wodurch der flache Übergang tiefer angebracht werden kann und mehr Raum zum Unterbringen des zweiten PN-Überganges vorhanden ist.
Da sich die Metallschichten 39 und 40 im wesentlichen über das dicke Muster 8 erstrecken, ist die Kapazität zwischen diesen Metallschichten und dem Körper 1 gering.
Beispiel 4
An Hand dieses Ausführungsbeispieles wird kurz beschrieben, wie ein Transistor mit einem praktisch flachen Emitter-Übergang und einer Basiszone hergestellt werden kann, deren unter der Emitterzone liegender Teil dünner ist als der übrige Teil der Basiszone.
Ähnlich wie bei den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen wird ein Siliziumkörper 1 (F i g. 7) mit einem versenkten Muster versehen, das aus einer Siliziumoxidschicht 8 mit einer öffnung 7 besteht. Die Maskierungsschicht 4, 5 besteht aus Siliziumnitrid. Die Maskierungsschicht wird anschließend teilweise entfernt, so daß ein scheibenartiger Teil 5 der Maskierungsschicht zurückbleibt.
Dies kann folgendermaßen erreicht werden. Der Teil 5 der Maskierungsschicht wird auf übliche Art und Weise mit einer Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 0,1 μπι überzogen. Anschließend wird der Teil 4 der Schicht durch einen Zerstäubungsvorgang im Hochvakuum entfernt. Das Muster 8 wird dabei etwas dünner. Schließlich wird durch Ätzen in Salpetersäure das Aluminium vom Teil 5 der Maskierungsschicht entfernt.
Das Muster8 hat z.B. eine Dicke von etwa 2μιη. Indem auf an sich bekannte Weise eine Verunreinigung in den Siliziumkörper eindiffundiert wird, entsteht der PN-Übergang54 in einer Tiefe von z.B. 1,5 μπι. Durch Oxidation, während der die verbleibende Maskierungsschicht schützend wirkt, wird eine Siliziumoxidschicht 55 (s. auch F i g. 8) in der öffnung? auf den nicht von dere Maskierungschicht 5 abgedeckten Oberflächenteil angebracht. Die Oxidschicht 55 ist dünner als das Muster 8 und hat z. B. eine Dicke von 1 μπι und ist über etwa 0,5 μπι in den Siliziumkörper 1 versenkt. Die Oxidschicht 55 bildet somit ein über seine halbe Dicke versenktes Muster mit einer Öffnung 56.
Die Maskierungsschicht 5 wird wie oben beschrieben entfernt, und in die frei gewordene Oberfläche 57 wird zum Herstellen eines PN-Überganges 58, der sich an dem bereits vorhandenen Übergang 54 anschließt, eine Verunreinigung eindiffundiert. Der PN-Übergang 58 liegt z. B. in einer Tiefe von etwa 0,6 μηι. Weiter wird zum Herstellen des zweiten PN-Überganges 59 in einer geringeren Tiefe als der PN-Übergang 58 und der anschließende Übergang 54, z.B. in einer Tiefe von etwa 0,3 μΐη, eine weitere Verunreinigung eindiffundiert. Die Tiefe dieses zweiten PN-Überganges 59 ist auch geringer als die Versenkungstiefe der dünneren Siliziumoxidschicht 55 im Körperlich dem Reinigen der öffnung 56 und dem Herstellen einer öffnung 60 (F i g. 9) werden die Emitter-Kontaktschicht 61 und die Basis-Kontaktschicht 62, z. B. durch Aufdampfen von Aluminium, angebracht.
An der Unterseite des Körpers 1 kann ein Kollektor-Kontakt 13 angebracht werden. Weiter können Leiterbahnen mit sich über das dicke Muster 8 erstrekkenden Teilen angebracht werden.
Es ergibt sich so ein Transistor mit einem praktisch flachen Emitter-Übergang und einer Basiszone 63, die einen unter der Emitterzone 64 liegenden dünnen Teil aufweist.
Nach dem beschriebenen Verfahren können Transistoren für hohe Frequenzen mit einem niedrigen Basisbahnwiderstand hergestellt werden, die zudem, da sich Kontaktschichten 61 und 62 über das dicke Muster 8 erstrecken, eine geringe Kapazität zwischen diesen Kontaktschichten und dem Körper 1 aufweisen.
Beispiel 5
Dies ist ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer monolithischen Halbleiterschaltung mit einem Siliziumkörper 1 (Fig. 10, 11 und 12), von dem eine Oberfläche mit einer isolierenden Schicht 71, 8 überzogen ist, auf der Leiterbahnen 72 bis 75 angebracht sind, die durch öffnungen 76 bis 80 in der Isolierschicht 71 mit an die Schicht 71 angrenzenden Zonen 81 bis 84 von zwei Schaltungselementen Kontakt herstellen, nämlich bei einem Transistor mit den Emitter-, Basis- und Kollektorzonen 81, 82 und
83 und bei einem Widerstandselement mit einer Zone 84. Die Zone 85 ist in üblicher Weise nur für Isolierzwecke vorgesehen. Leiterbahnen 72 bis 75 umfassen Kontaktflächen 86 bis 89, an denen Anschlußleitungen mit den Leiterbahnen verbunden werden. Deutlichkeitshalber ist nur in Fig. 12 eine Anschlußleitung 91 dargestellt, die mit der Kontaktfläche 87 verbunden ist.
Es wird zunächst die Oberfläche des Siliziumkörpers 1 mit einem Siliziumoxidschichtmuster 8 versehen, das vorzugsweise praktisch über seine ganze Dicke in den Körper 1 versenkt ist. Das Muster 8, das streifenförmig ausgebildet ist, hat z. B. eine Dicke von mindestens 1 μπι.
Darauf wird in einer in der Planartechnik üblichen Weise mit Hilfe einer Isolierschicht 71, die dünner ist als das Muster 8 und die sich an das Muster 8 anschließt, der genannte Transistor und das Widerstandselement angebracht. Die Zonen 83 und 85 können bereits vor dem Anbringen der Isolierschichten 71, 8 erzeugt werden, während die Zonen 81, 82 und
84 nach dem Anbringen der Schicht 71, 8 erzeugt werden. Die dünne Isolierschicht71 hat z.B. eine Dicke von etwa 0,4 μπι. Eine Isolierschicht solcher Dicke wird in der üblichen Planartechnik häufig verwendet.
Darauf werden die Leiterbahnen 72 bis 75 in üblicher Weise angebracht, wobei die Kontaktflächen 86 bis 89 auf dem dicken Muster 8 angebracht werden. Die Leiterbahnen und die Kontaktflächen bestehen aus Aluminium, wobei es unvermeidlich ist, daß sich eine dünne Aluminiumoxidschicht auf dem Aluminium bildet.
In einem üblichen Herstellungsvorgang wird die hergestellte Halbleiteranordnung geprüft, wobei Kontaktstifte gegen die Kontaktflächen 86 bis 89 mit hinreichender Kraft gedruckt werden, um die Aluminiumoxidschicht zu durchdringen. Dabei wird eine unter den Kontaktflächen liegende Isolierschicht mit der üblichen Dicke von z.B. 0,4 μπι leicht beschädigt. Das dicke Muster 8 verringert die Möglichkeit einer sol-
chen Beschädigung wesentlich. Weiter ist die Möglichkeit einer Beschädigung auch bei der Befestigung von Anschlußleitungen 91 an den Kontaktflächen 87 geringer. Für eine Anzahl von Schaltungsanordnungen ist es weiter ein wesentlicher Vorteil, daß die Kapazität zwischen dem Siliziumkörper 1 und den Kontaktflächen 86 bis 89 wegen der Dicke des Musters 8 gering ist.
Die dünne Isolierschicht 71 besteht aus Siliziumoxid und kann in üblicher Weise angebracht werden, nachdem die Maskierungsschicht entfernt worden ist, die beim Anbringen des Musters 8 in vorstehend beschriebener Weise verwendet wird, um die Siliziumfläche örtlich vor der Oxidation zu schützen. Die dünne Isolierschicht 71 kann auch aus diesem Maskierungsmaterial bestehen, z. B., wenn dieses durch Siliziumnitrid gebildet wird.
Es wird einleuchten, daß mehr und/oder andere Schaltungselemente wie Dioden und Feldeffekt-Transistoren in dem Siliziumkörper untergebracht werden können. Das Muster 8 kann ganz anders gestaltet sein und z.B. durch einen die dünne Isolierschicht umgebenden Ring gebildet werden, über den die Kontaktflächen verteilt sind. Weiter kann das Muster sich unter einer Leiterbahn erstrecken, was z. B. nützlieh ist, wenn die Kapazität zwischen der Leiterbahn und dem Siliziumkörper gering sein soll.
Das Siliziumoxidschichtmuster braucht nicht über seine ganze Dicke in den Siliziumkörper versenkt zu sein. Bei einer Anzahl von Anwendungen genügt es, wenn das Muster über mindestens seine halbe Dicke in den Körper versenkt ist. Die PN-Übergänge von z. B. einem Hochfrequenztransistor können in einer größeren Tiefe angebracht werden als die Tiefe der
ίο Versenkung des Musters. Es ergeben sich dann keine flachen PN-Übergänge, aber es brauchen keine Öffnungen in einer dicken Oxidschicht vorgesehen zu werden, während Metallschichten, mit denen Anschlußleitungen verbunden werden müssen, im wesentlichen auf einer dicken Oxidschicht (Muster) liegen können, wodurch die Kapazität zwischen diesen Metallschichten und dem Körper gering ist. Um ein über praktisch seine ganze Dicke in den Körper versenktes Muster zu erhalten, kann die Oxidationsbehandlung mehr als einmal unterbrochen werden, um die erhaltene Oxidschicht über wenigstens einen Teil ihrer Dicke wieder zu entfernen. Weiterhin kann vor dem Anbringen des Musters der Siliziumkörper bereits einer Ätzbehandlung an den für das Muster beabsichtigten Stellen unterworfen werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (21)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper aus SiIizium mit mindestens einem Halbleiterschaltungselement, bei dem der Halbleiterkörper mit Hilfe einer Oxidationsbehandlung einer Oberfläche mit einem flachen Siliziumoxidschichtmuster versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Oberfläche örtlich mit einer die Oxidation des Siliziums verhindernden, ein anderes maskierendes Material als Siliziumoxid enthaltenden Maskierungsschicht bedeckt wird, dann das Muster durch eine Oxidationsbehandlung, mit wenigstens einem Teil seiner Dicke versenkt, angebracht wird und schließlich die Maskierungsschicht mindestens teilweise entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Siliziumnitrid enthaltende Schicht als die Oxidation des Siliziums verhindernde Maskierungsschicht dient.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maskierungsschicht verwendet wird, deren Dicke geringer ist als die Dicke des Musters.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster über mindestens 0,5 μίτι seiner Dicke in den Siliziumkörper versenkt wird. _
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Versenken des Musters über wenigstens einen großen Teil seiner Dicke in den Siliziumkörper vor dem Anbringen des Musters der Siliziumkörper einer Ätzbehandlung an den für das Muster beabsichtigten Stellen unterworfen wird und/oder die Oxidationsbehandlung mindestens einmal unterbrochen wird und die bereits erhaltene Oxidschicht während der Unterbrechung über mindestens einen Teil ihrer Dicke wieder entfernt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster über etwa seine gesamte Dicke im Siliziumkörper versenkt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anbringen des Musters die Maskierungsschicht völlig entfernt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein an das Muster grenzender Teil der Maskierungsschicht entfernt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht bzw. das Muster aus Siliziumoxid durch die Anwendung eines oder mehrerer chemischer Verfahrensschritte wenigstens teilweise entfernt wird, wobei das Muster bzw. die Maskierungsschicht weniger schnell angegriffen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Muster mit mindestens einer öffnung erzeugt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit einer epitaktisch angewachsenen Siliziumschicht versehen wird und das Muster über die ganze Dicke dieser Schicht versenkt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem nach dem Anbringen des Musters die Maskierungsschicht von der Oberfläche des Siliziumkörpers wenigstens teilweise entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die so freigelegte Oberfläche des Siliziumkörpers mindestens eine Verunreinigung eindiffundiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verunreinigungsdiffusion mindestens ein PN-Übergang erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein PN-Übergang erzeugt wird, dessen Tiefe, von der Oberfläche her gesehen, geringer ist als die Versenkungstiefe des Musters.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Diffusionsmaske in einen Teil der Siliziumoberfläche in der Öffnung des Musters eine Verunreinigung diffundiert wird zur Erzeugung eines PN-Überganges in einer geringeren Tiefe als der des bereits vorhandenen PN-Überganges.
16. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem vor der Diffusion nur ein Teil der Maskierungsschicht entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Diffusion von der Maskierungsschicht freigelegte Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers mittels einer Oxidationsbehandlung mit einer, wenigstens über einen Teil ihrer Dicke versenkten Siliziumoxidschicht versehen wird, die dünner ist als das Muster.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Anbringen der dünneren Siliziumoxidschicht verbleibende Teil der Maskierungsschicht entfernt wird und in die dadurch freigelegte Oberfläche des Siliziumkörpers eine Verunreinigung eindiffundiert wird, um einen PN-Übergang zu erzeugen, der sich an den bereits erzeugten PN-Übergang anschließt, sowie eine Verunreinigung, um einen zweiten PN-Übergang zu erzeugen, der in einer geringeren Tiefe liegt als die genannten anschließenden PN-Übergänge und als die Versenkungstiefe der dünneren Siliziumoxidschicht.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht angebracht wird, die eine elektrische Verbindung mit wenigstens einem Teil der so freigelegten Oberfläche bildet und die sich auch über das versenkte Muster erstreckt.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung einen Schottky-Kontakt bildet.
20. Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Halbleiterschaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumkörper mit einer Isolierschicht versehen wird, die aus dem versenkten Muster und einem daran anschließenden dünnen Teil besteht, daß Schaltungselemente angebracht werden, von denen Halbleiterzonen an den dünnen Teil grenzen, und daß auf der Isolierschicht eine Leiterbahnen bildende Metallschicht angebracht wird, die sich auch über das versenkte Muster erstreckt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mindestens eine Kontaktfläche bildet, mit der ein Anschlußleiter verbunden werden
3 4
kann und die auf der Oberfläche des versenkten nung mit einem Siliziumkörper, der mit einer Oxid-Musters liegt. schicht versehen ist, auf der Metallschichten angebracht sind, soll möglichst flach sein. Unregelmäßigkeiten entstehen unter anderem durch in der Oxid-5 schicht vorgesehene öffnungen, durch welche die
Metallschichten mit dem Siliziumkörper verbunden
sind. An den Rändern dieser öffnungen können Unregelmäßigkeiten und Beschädigungen der Metallschichten entstehen, und zwar umso leichter, je dicker
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- i° die Oxidschicht ist, in der diese Öffnungen vorge-
stellen einer Halbleiteranordnung mit einem Halb- sehen sind.
leiterkörper aus Silizium mit mindestens einem Halb- Die beschriebenen Vor- und Nachteile sowohl von
leiterschaltungselement, bei dem der Halbleiterkör- dünnen als auch von dicken Oxidschichten machen
per mit Hilfe einer Oxidationsbehandlung einer Ober- in der Praxis oft ein Kompromiß in bezug auf die
fläche mit einem flachen Siliziumoxidschichtmuster *5 Dicke der Oxidschicht notwendig, aber dabei wird
versehen wird. keine der Schwierigkeiten zufriedenstellend be-
Verfahren dieser Art werden unter anderem zum hoben.
Herstellen planarer Halbleiteranordnungen ver- Bei den Verfahren der erwähnten Art wird gewendet, wohnlich mindestens ein PN-Übergang des Schal-Die vorgesehene Oxidschicht erfüllt eine wesent- *° tungselementes dadurch erhalten, daß durch die öffliche Funktion in bezug auf das Schaltungselement. nung in der Oxidschicht eine Verunreinigung in den Diese Oxidschicht kann z.B. als elektrische Isolie- Siliziumkörper diffundiert wird. Es entsteht dabei rung zwischen einer auf der Oxidschicht angebrach- eine muldenförmige PN-Übergangsfläche, die an den ten elektrischen Leitung, die mit einer Zone des Rändern stark gekrümmt ist und die bei diesen Rän-Schaltungselementes verbunden ist, und dem SiIi- *5 dem annähernd quer zur Oberfläche des Siliziumkörziumkörper dienen. Weiter kann die Oxidschicht pers und der Oxidschicht verläuft. Dies hat zwei zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften des Nachteile. Die starke Krümmung der PN-Übergangs-Siliziumkörpers und somit zur Verbesserung der elek- fläche hat einen ungünstigen Einfluß auf die Durchtrischen Eigenschaften des Schaltungselementes an- Schlagspannung des PN-Überganges. Da die PN-gebracht werden, wobei die Oxidschicht wenigstens 30 Ubergangsfläche nahe den Rändern annähernd quer diejenigen Teile der Oberfläche des Siliziumkörpers zur Oxidschicht verläuft, kann im Betrieb des Schalbedeckt, wo mindestens eine der PN-Übergangsflä- tungselementes eine Drift von an der Oberfläche der chen des Schaltungselementes die Siliziumoberfläche Oxidschicht vorhandenen, praktisch unvermeidlichen schneidet. Weiterhin kann die Oxidschicht bei der Ionen auftreten, wodurch das Schaltungselement unHerstellung noch als Diffusionsmaske dienen. 35 stabil wird. Es ist daher oft ein flacher PN-Übergang
Bei bekannten Verfahren dieser Art wird die Oxid- erwünscht.
schicht nach dem Anbringen örtlich entfernt, so daß Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ein Siliziumoxidschichtmuster erhalten wird. Darauf Verfahren zum Herstellen von Mustern in Siliziumwird der nicht von dem Muster abgedeckte Teil der oxidschichten anzugeben.
Siliziumfläche den in der Halbleitertechnik üblichen 4o Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geBearbeitungen, z.B. Diffusionsbehandlungen und löst, daß zunächst die Oberfläche örtlich mit einer Behandlungen zum Anbringen elektrischer Kon- die Oxidation des Siliziums verhindernden, ein andetakte, unterworfen, um das Schaltungselement zu er- res maskierendes Material als Siliziumoxid enthaltenhalten, den Maskierunsschicht bedeckt wird und dann das Bei den bekannten Verfahren treten bei verschie- 45 Muster durch eine Oxidationsbehandlung, mit wenigdenen Anwendungen verschiedene Schwierigkeiten stens einem Teil seiner Dicke versenkt, angebracht auf. In einer Oxidschicht kann man durch Ätzen wird und schließlich die Maskierungsschicht mindemit verhältnismäßig großer Genauigkeit Fenster an- stens teilweise entfernt wird.
bringen. Diese Genauigkeit nimmt jedoch in dem Durch dieses Verfahren wird mindestens einer der
Maße ab, in dem dickere Oxidschichten verwendet 5<> folgenden Vorteile erreicht:
werden, da beim Ätzen nicht nur in der dicken
Richtung der Oxidschicht, sondern auch in seitlichen 1· Es ist auch bei einem dicken Siliziumoxid-
Richtungen Oxid weggeätzt wird; dieses seitliche Schichtmuster eine flache Oberfläche der herzu-
Wegätzen beschränkt außerdem die kleinsten erziel- stellenden Halbleiteranordnung erreichbar,
baren Abmessungen eines in der Oxidschicht vorzu- 55 2· Es sind Fenster in dicken Siliziumoxidschichten
sehenden Fensters. Mit Rücksicht auf die genaue mit einer größeren Genauigkeit und eventuell
Ausbildung eines Musters ist somit eine möglichst geringeren Abmessungen herstellbar, als dies mit
dünne Oxidschicht erwünscht. den üblichen Maskierungs- und Ätzverfahren
Aus anderen Gründen jedoch ist oft eine dickere möglich ist.
Oxidschicht erwünscht, z.B. um eine gute Isolierung 6o 3. Es ist ein flacher PN-Übergang herstellbar,
zwischen einer an der Oxidschicht anzubringenden
Lditung und dem Siliziumkörper und/oder eine Da das Siliziumoxidschichtmuster über wenigstens geringe Kapazität zwischen dieser Leitung und dem einen Teil seiner Stärke in den Halbleiterkörper ver-Siliziumkörper zu erreichen. Weiterhin wird eine senkt ist, können durch das Verfahren nach der Erdünne Oxidschicht leicht beschädigt, wenn eine An- 65 findung flachere Halbleiteranordnungen erhalten werschlußleitung an einer auf der Oxidschicht ange- den als bei Anwendung bekannter Verfahren, besonbrachten Metallschicht befestigt wird. ders im Falle einer dicken Oxidschicht. Weiterhin Die Oberfläche einer planaren Halbleiteranord- wird die Siliziumoxidschicht direkt als Muster ange-
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