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Verfahren zur Herstellung zumindest eines Überganges in Siliziumtransistoren, - dioden und-gleichrichtern für Hochfrequenz mittels der Planartechnologie
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Überganges in Sili- ziumtransistoren,-dioden und-gleichrichtern für Hochfrequenz mittels der Planartechnologie.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es möglich ist, die Diffusion eines oder mehrerer Dotierungsstoffe auf der Halbleiterfläche dadurch zu beeinflussen, dass die verschiedenen Dicken der (intrinsischen) Oxydschicht des Halbleitermetalles zur Regelung der Geschwindigkeit des durch die Oxydschicht in das Metall diffundierenden Dotierungsstoffes verwendet wird. Das erfindungsgemässe Verfahren kann hiebei auch dazu verwendet werden, die Konzentration der einzelnen Dotierungsstoffe relativ zueinander zu beeinflussen.
Des besseren Verständnisses halber sei im folgenden eine kurze Beschreibung der gegenwärtig verwendeten sogenannten "Planartechnologie" gegeben.
Die Oberflächeeiner Siliziumplatte, z. B. von Typ n, wird nach Polierung und Reinigung mit einer Oxydschicht überzogen, was zumeist durch Erhitzung an Luft erfolgt. Hierauf wird die Oxydschichtoberfläche mit einem sogenannten Photoresist-Lack überzogen. Auf die mit Lad. überzogene Platte wird danach eine mit entsprechenden Öffnungen versehene Filmmaske aufgesetzt und diese mit einer U Lampe beleuchtet. Durch die Einwirkung des kurzwelligen Lichtes erhärtet der beleuchtete Teil des Lackes und es können infolgedessen nach Abnahme der Filmmaske diejenigen Teile des Überzuges mit Hilfe eines entsprechenden Lösungsmittels entfernt werden, welche der Bestrahlung nicht ausgesetzt waren.
Es kann daher von der die Siliziumplatte umhüllenden Oxydschicht die (organische) Lackschicht nur an einzelnen Stellen entfernt werden, u. zw. dort, wo die Lackschicht durch die Filmmaske vor Bestrahlung geschützt war. An diesen Stellen wird hierauf die Siliziumdioxydschicht, z. B. mittels einer NHHF, Lösung abgeätzt, wonach an diesen Stellen (nach Beseitigung des Lackes) durch das reine Metall (Silizium) ein Dotierungsstoff der Type p (z. B. Bor) eindiffundieren gelassen wird, wodurch die Ha- sisschicht ausgebildet wird.
Zwecks Erzeugung der Emitterschicht wird die vorangehend freigelegte Metallfläche wieder mit einer Oxydschicht überzogen, sodann lackiert, durch eine Filmmaske von kleinerer Öffnung beleuchtet, worauf nach Ablösung des Lackes und Ätzung durch die wieder reine, jedoch jetzt kleinere Metallflä - ehe ein Dotierungsssoff der Type n, z. B. Phosphor, eindiffundieren gelassen wird. An der so erzeugten Basis- bzw. Emitterschicht, müssen nunmehr lediglich die Kontakte ausgebildet werden, worauf der Transistor fertiggestellt ist.
In der vorstehend beschriebenen Weise kann ein einwandfreier n-p-n-Transistor hergestellt werden.
In Anbetracht dessen, dass der Halbleiter (z. B. Silizium) während der ganzen Dauerdes Herstellungs- vorganges, mit einer Oxydschicht überzogen und daher seine Oberfläche vor unerwünschten Emirkun-
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gen geschützt ist (Oxydpassivierung), ist für das ganze Verfahren charakteristisch, dass die Diffusion durch diejenigen auf dem Halbleiter ausgebildeten Stellen geführt wird, an welchen der Ursprungscharakter der Halbleiterplatte gestört ist. In der Siliziumdioxydschicht diffundieren nämlich die einzelnen Dotierungsstoffe (z. B. Bor) langsamer als im reinen Halbleiterkörper (z. B. Silizium), so dass die Oxydschicht somit eine hemmende Wirkung ausübt (sogenannte Maskenwirkung).
Dieses Verfahren ist allgemein bekannt und beispielsweise im Lehrbuch "Der Transistor" von Salow, Springer-Verlag, 1963, S. 193-195, beschrieben.
Die Verhältnisse werden jedoch wesentlich komplizierter, wenn p-n-p-Übergänge im Silizium erzeugt werden sollen. Von den allgemein verwendeten Dotierungsstoffen Bor und Phosphor hat nämlich Phosphor eine grössere Löslichkeit in Silizium, so dass dessen Überdotierung mit Bt r und dadurch die Ausbildung des p-n-Überganges sehr schwer durchführbar wird.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Überganges in Siliziumtransistoren, - dioden und - gleichrichtern für Hochfrequenz zu schaffen, welches mittels der Planartechnologie unter Anwendung von Elementen der III und/oder V Gruppe des periodischen Systems als Dotiermaterial arbeitet. Ausgehend hievon besteht das erfindungsgemässe Verfahren darin, dass mindestens ein Dotierungsmaterial in die Siliziumplatte durch einen mittels chemischer Ätzung verdünnten Teil der Siliziumdioxydschicht in den Halbleiter eindiffundiert wird.
Es wird dabei die Erkenntnis ausgewertet, dass die Diffusion von Phosphor in Silizium, wenn sie durch die an einer oder mehreren Stellen verdünnte Siliziumdioxydschicht hindurchgeführt wird, dermassen unter Zuhilfenahme der maskierenden Wirkung des Siliziumdioxyds verzögert werden kann, dass man die Konzentration des Phosphors auf einen um etwa drei Grössenordnungen niedrigeren Wert einstellen kann, wodurch bei der darauffolgenden Bordiffusion die beim p-n-Übergang erforderliche, um ein oder zwei Grössenordnungen höhere Borkonzentration verhältnismässig leicht und einfach verwirklicht werden kann.
Erfindungsgemäss wird also folgendermassen verfahren :
Die Oberfläche einer Halbleiterplatte, z. B. aus Silizium, wird poliert, gereinigt und oxydiert. Die mit einer Oxydschicht umhüllte Platte wird hierauf mit einem Photoresist-Lack überzogen. Auf die lacküberzogene Platte wird eine mit Öffnungen versehene Filmmaske aufgesetzt, welche mit einer UV-Lampe beleuchtet wird. Durch die Einwirkung des UV-Lichtes härtet der Lack auf den belichteten Stellen aus, so dass hienach der Lack nur an den durch die Filmmaske abgedeckten Stellen abgelöst werden kann. An diesen Stellen wird die Siliziumdioxydschicht z. B. durch Ätzung mittels eines HF-haltigen Lösungsmittels im nötigen Ausmass verdünnt und hierauf nach Entfernung der ausgehärteten Lachschicht der entsprechende Dotierungsstoff (z. B.
Phosphor) durch die verdünnten Stellen der den ganzen Halbleiterschnitt umhüllenden Siliziumdioxydschicht eindiffundiert. Bei Dioden ist somit im wesentlichen der Hauptarbeitsvorgang beendet.
Bei der Herstellung von Transistoren wird nach der Diffusion des ersten Dotierungsstoffes (z. B. Phos- phor) auf der Halbleiterfläche wieder eine gleichmässige Oxydschicht erzeugt. Hierauf wird die beschriebene Photoresist-Lack-Technik wiederholt, wobei wieder auf den freigelegten Oxydschichtstellen in der bereits beschriebenen Weise die Siliziumdioxydschicht, z. B. durch Ätzung mittels geeigneter Chemikalien, verdünnt oder gegebenenfalls sogar vollständig beseitigt wird. Hierauf folgt ein Waschvorgang und die Entfernung der ausgehärteten Lackschicht. Hierauf wird durch die verdünnte Oxydschicht des Halbleiters (gegebenenfalls durch ein oder mehrere reine Metallfenster, wenn die Ätzung bis zur Beseitigung der Oxydschicht getrieben wurde) der zweite Dotierungsstoff (z. B. Bor) eindiffundiert.
Die Erfindung wird nun an Hand eines p-n-p-Siliziumtransistors unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich erläutert.
Beispiel : Fig. l zeigt eine Siliziumkristallplatte 1 der Type p im Schnitt. Auf der Kri-
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Basisdiffusion bei zirka 1150 bis 1 2000C Phosphor in den Kristall eindiffundiert, wobei die Diffusionsdauer zweckentsprechend gewählt wird.
Die strichlierte Linie 3 in Fig. 2 zeigt die Eindringungsgrenze nach der Diffusion des Phosphors.
Der p-n-Übergang befindet sich an der Stelle 4.
Infolge der durch die Oxydschicht hindurchgeführten Phosphordiffusion beträgt die Oberflächenkon-
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der Siliziumkristallfläche, also ohne eine zwischenliegende Siliziumdioxydschicht erfolgt.
Zwecks Eindiffusion von Bor wird die ursprünglich verdünnte Siliziumdioxydschicht mittels einer wiederholten Ätzung je nach dem Ausmass der erwünschten Borkonzentration entweder weiter verdünnt oder ganz weggeätzt, so dass durch ein Loch der Siliziumdioxydschicht die reine Siliziummetallf1äche erscheint.
An dieser Stelle bzw. an diesen Stellen wird die Diffusion durchgeführt. Im Falle des beschriebenen Verfahrens ist das zur Herstellung des Emitterüberganges verwendete Bor imstande, die Basisschicht zu"übetdotieren", da es möglich ist, Borkonzentrationen von 10 -1019 Atoman/cm her- zustellen.
Aus Fig. 3 sind die Eindringungsgrenzen nach Erzeugung des Emitterüberganges ersichtlich. Die gestrichelte Linie 5 zeigt die Eindringungstiefe des Bors bzw. den p-n-Übergang 6 des Emitters. Die Eindringungstiefe des Phosphors ist wieder durch die Linie 3 veranschaulicht.
Als abschliessender Arbeitsvorgang werden in der beschriebenen Weise in den Oxydübergang Löcher für die Kontakte geätzt. An den geätzten Stellen werden in bekannter Weise mittels Vakuumverdampfung ohmsche Kontakte ausgebildet.
Fig. 4 zeigt die"Fenster"7 bzw. 8 für den Emitterkontakt bzw. den Basiskontakt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch in Fällen angewendet werden, wo beabsichtigt ist, die Konzentration der einzelnen Dotierungsmaterialien relativ zueinander zu beeinflussen. Das Verfahren kann ferner auch dann mit Vorteil angewendet werden, wenn man durch Ausgestaltung eines Schutzringes um den Basisübergang herum die Sperrspannung zu erhöhen wünscht. Durch die Ausbildung der Oxydschicht auf der Oberfläche von Kristallen der Type n entsteht nämlich eine Inversionsschicht der Type p, welche einen Übertragungskanal zwischen der Basis und dem Kollektor bildet. Diese störende Schicht kann durch die Eindiffusion von Phosphor durch die verdünnte Oxydschicht in der ausserhalb der Basis liegenden Zone beseitigt werden.
Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist weiters darin zu sehen, dass bei der Ausbildung der Übergänge und überhaupt im Laufe des ganzen technologischen Vorganges nur eine sehr geringe Kontamination erfolgt, da ja bei den einzelnen Arbeitsvorgängen der Kristall stetes von einer Oxyd- schicht umhüllt ist. Dadurch wird der Halbleiter während dieser Arbeitsvorgänge gegen äussere Einwirkungen geschützt.