DE1287696B

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Publication number: DE1287696B
Application number: DENDAT1287696D
Authority: DE
Priority date: 1962-04-16
Publication date: 1969-01-23
Also published as: NL291538A; BE651446A; DE1439529A1; NL6409848A; CH471468A; DE1292761B; US3244939A; DE1439529B2; BE631066A; BE652660A; DE1282188B; DE1292758B; BE653537A; NL6408106A; NL6409849A; CH423995A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum sind. Die Schaltelemente werden nun mit der Basis-

Herstellen einer Halbleiterfestkörperschaltung, bei zone eines Transistors und nicht mit der Kollektor-

dem in einem als Kollektorzone dienenden Halb- zone verbunden, und zwar dadurch, daß über einer

leiterkörper nach dem Planarverfahren mittels zwei- Isolierschicht verlaufende Metallstreifen Basiszone

maliger Diffusion von der gleichen Oberfläche her 5 und Schaltelemente miteinander kontaktieren,

die Basis und der Emitter eines Transistors und die Demgegenüber wird die genannte Aufgabe einer

beiden Zonen einer Diode jeweils gleichzeitig und Verbindung von Kollektorzone eines Transistors und

mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp erzeugt werden Elektrodengebiet einer Diode von entgegengesetztem

und anschließend die eine der beiden Zonen der Leitungstyp erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in

Diode mit der Kollektorzone elektrisch leitend ver- io die genannte Oberfläche des Halbleiterkörpers eine

bunden wird. die zuerst erzeugte Zone der Diode und die Kollektor-

Um den Begriff Planarverfahren zu erläutern und zone des Transistors verbindende dünne Metallfilmeine Grundlage für die Erklärung des der Erfindung schicht einlegiert wird. Diese Lösung hat den Vorteil, zugrunde liegenden Problems zu schaffen, wird zu- daß eine direkt in die Halbleiteroberfläche ohne Zwierst eine Beschreibung einer bekannten, zweimal dif- 15 schenschaltung einer Isolierschicht einlegierte Metallfundierten, nach dem Planarverfahren in einem filmschicht die elektrische Verbindung herstellt. Somit Siliziumeinkristall hergestellten Halbleiterfestkörper- kann aber die Isolierschicht eingespart werden, und schaltung gegeben, und zwar an Hand der F i g. 1, 2 es ergibt sich ein einfach und wirtschaftlich rationell und 3 der Zeichnung, die in schematischer Darstel- herstellbares Bauelement, bei dem in zwei Diffusionslung einen Querschnitt bzw. eine Draufsicht und das so schritten die Zonen von Transistor und Diode erSchaltbild zeigen, d. h. einen npn-Transistor, dessen zeugt werden und bei dem abschließend lediglich Kollektor in Reihe mit der Kathodenseite einer Diode noch die Metallfilmschicht einlegiert wird,
geschaltet ist. Ausführungsformen der Erfindung sollen nun

Das Verfahren zum Herstellen dieser Halbleiter- durch ein Beispiel an Hand der Fig. 4 bis 11 der

festkörperschaltung geht von einer Scheibe 1 aus 35 Zeichnungen erläutert werden.

η-leitendem Silizium aus. Zwei p-leitende Gebiete 2 F i g. 4 zeigt schematisch den Querschnitt eines

und 3 werden durch Eindiffundieren von Störstoffen Teiles einer Halbleiterfestkörperschaltung gemäß der

durch Öffnungen hindurch hergestellt, die aus der Erfindung;

Siliziümdioxydschutzschicht 4 mit Hilfe des fotolitho- F i g. 5 zeigt eine Draufsicht der in Fig. 4 darge-

grafischen Verfahrens herausgeätzt wurden. Gleich- 30 stellten Anordnung;

zeitig wird die Siliziumdioxydschicht wieder gebildet. F i g.6 zeigt die Schaltung der in den F i g. 4 und 5

Eine einzelne «+-leitende Emitterzone 5 wird dann dargestellten Anordnung;

nach derselben Technik eindiffundiert. So bildet die F i g. 7 zeigt eine Draufsicht der Anordnung einer

η-leitende Scheibe 1 als Halbleiterkörper die Kollek- doppelt diffundierten, nach dem Planarverfahren

torzone des Transistors T und die Kathodenzone der 35 hergestellten Festkörper-NOR-Schaltung, in welcher

Diode D. Das p-leitende Gebiet 2 bildet die Basis- die Diodenpolaritäten in bezug auf den Transistor

zone des Transistors T und das p-leitende Gebiet 3 gemäß der Erfindung hergestellt werden, bevor die

die Anodenzone der Diode D. Die Emitterelektrode 6 Elektroden für den Niederschlag der notwendigen

und die Basiselektrode 7 des Transistors sowie die Elektrodenkontakte freigelegt werden;

Anode8 der Diode werden durch die Siliziumdioxyd- 4° Fig. 8 zeigt die Draufsicht der in Fig. 7 darge-

schicht 4 hindurch freigeleget und ein Aluminium- stellten Anordnung, nachdem die Elektrodenkon-

film, der zuerst auf die gesamte Oberfläche des Kri- takte aufgebracht worden sind;

stalls aufgebracht und dann mit Hilfe des fotolitho- F i g. 9 zeigt schematisch einen Querschnitt der

grafischen Verfahrens von der Siliziumdioxydfläche in F i g. 8 dargestellten Anordnung entlang der

entfernt wurde, in das Silizium an diesen frei liegen- 45 Linie A-A;

den Stellen einlegiert. Fig. 10 zeigt die Draufsicht der in Fig. 8 darge-

In der nun zweimal diffundierten oben beschriebe- stellten Anordnung, nachdem die für die Herstellung

nen Anordnung, bei welcher der Transistor durch der Zwischenverbindungen erforderliche Schablone

zwei Diffusionsprozesse und die Diode durch den aufgebracht wurde;

ersten der beiden Diffusionsprozesse hergestellt 5° Fig. 11 zeigt'das Schaltbild der in Fig. 10 darge-

wurde, entspricht die Polarität der Diode der des stellten Anordnung.

Transistors, da der Halbleiterkörper eine gemein- Das Verfahren zum Herstellen der in den F i g. 4

same Elektrodenzone für beide ist. Jedoch ist es z. B. und 5 dargestellten Anordnung geht von einer n-lei-

in logischen Schaltungen oft notwendig, eine PoIa- tenden Siliziumscheibe 11 aus. Die gesamte Ober-

rität der Diode zu haben, die der in Fig. 3 ge- 55 fläche der Siliziumscheibe-11 wird zuerst oxydiert,

zeigten entgegengesetzt ist, d. h., daß die Kollektor- um eine Oxydschicht 12 herzustellen. Auf diese

zone des Transistors und das Elektrodengebiet der Oxydschicht wird ein lichtempfindlicher Lack aufge-

Diode mit entgegengesetztem Leitungstyp in Reihe bracht und dann durch eine Maske hindurch belich-

geschaltet sind. Aufgabe der Erfindung ist es, diese tet, die undurchsichtige Flächen hat, entsprechend

Forderung mit einer doppelt diffundierten Anord- 60 den Gebieten, von denen das Oxyd entfernt werden

nung zu erfüllen. soll. Diese Flächen liegen etwas innerhalb der in

Aus der USA.-Patentschrift 2 981 877 ist es bereits Fig. 5 unsichtbaren Gebiete 13 und 14. Beim Entbekannt, einzelne in einem Halbleiterkörper erzeugte wickeln wird der unbelichtete Fotolack entfernt und Schaltelemente und deren elektrische Verbindungen durch chemisches Ätzen die Oxydschicht 12 von den herzustellen. Hierbei liegen die Schaltelemente jeweils 65 unbelichteten Gebieten abgetragen, so daß Öffnungen in einer von einem in Sperrichtung vorgespannten in der Oxydschicht gebildet werden. Dann wird der pn-übergang gebildeten Isolierwanne, so daß die entwickelte Fotolack mit Hilfe eines Lösungsmittels Schaltelemente gegen den Halbleiterkörper isoliert entfernt. Ein Störstoff vom p-Typ wird dann durch

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diese Öffnungen hindurch eindiffundiert, um die freigelegt worden sind. Ausgehend von einer Silizium-Basiszone 15 des Transistors T und die Anodenzone scheibe, die aus einem η-leitenden Halbleiterkörper 16 der Diode D zu bilden. Diese Diffusion wird in als Unterlage besteht, der nach dem Epitaxialverfaheiner oxydierenden Atmosphäre ausgeführt, so daß ren auf einem η+-leitenden Halbleiterkörper erzeugt die ganze Oberfläche der Siliziumscheibe 11 mit der 5 wurde, wird eine p-leitende Schicht durch Diffusion Oxydschicht 12 bedeckt wird. Anschließend wird ein und anschließend eine n⁺-leitende Schicht durch örtliches Ätzen mit Hilfe von Fotolack und einer Diffusion unter Verwendung derselben grundlegen-Maske wiederholt, um die in Fig. 5 unsichtbaren den fotolithografischen Planartechnik, wie oben an Gebiete 17, 18 und 19 freizulegen. Dann wird ein Hand der Fig. 1 bis 6 beschrieben, erzeugt.
Störstoff zur Herstellung einer n+-Schicht eindiffun- io In F i g. 7 zeigen die nicht schraffierten Flächen diert, während die Oberfläche des Siliziumplättchens die Ausdehnung der p-leitenden, durch die erste

11 wieder mit der Oxydschicht 12 bedeckt wird, um Diffusion erzeugten und die schraffierten Flächen die die Emitterzone 20 des Transistors T, die Kathoden- Ausdehnung der n⁺-leitenden, durch die zweite Difzone der Diode D und ein besonderes Oberflächen- fusion erzeugten Schichten. Das p-leitende Gebiet 71 gebiet mit niedrigem spezifischem Widerstand 22 in 15 isoliert einen n+-leitenden Widerstand 72. Das p-leidem Kristallkörper nahe der Diode D zu bilden. Es tende Gebiet 73 bildet die Basis eines Transistors und sei darauf hingewiesen, daß eine doppelt diffundierte führt zu einem isolierten p-leitenden Widerstand 74. Diode D mit einem gleichrichtenden pn-übergang Der n+-leitende Emitter des Transistors ist mit 75 zwischen der p-leitenden Anodenzone 16 und dem bezeichnet. Das p-leitende Gebiet 76 stellt eine gen+-leitenden Gebiet 21 hergestellt wurde, wobei der 20 meinsame Anode für fünf Dioden dar und führt in gleichrichtende pn-übergang von dem η-leitenden ein Isoliergebiet für einen η-leitenden Widerstand 77. Kristallkörper der Scheibe 11 isoliert ist. Die n+-leitenden Kathoden der fünf Dioden sind bei

Bei der wieder mit Hilfe des Fotolackes und einer 78 dargestellt. Eine schmale n+-leitende Diffusions-Maske vorgenommenen stellenweisen Ätzung bleibt zone neben der p-leitenden gemeinsamen Anode der die Oberfläche der Siliziumscheibe 11 mit der Oxyd- 25 Dioden wird bei 79 gezeigt.

schicht 12 bedeckt, mit Ausnahme der frei liegenden F i g. 8 zeigt dieselbe Anordnung wie die in F i g. 7

Gebiete, die durch die in Fig. 5 schraffierten Flächen dargestellte, nachdem Elektrodenkontakte aus AIu-23, 24, 25 und 26 dargestellt sind. Aluminium wird minium durch Fenster im Siliziumdioxyd aufgebracht zuerst auf die gesamte obere Fläche der Oxydschicht und in derselben Weise, wie an Hand der F i g. 1

12 und die frei liegenden Gebiete der Scheibe 11 auf- 30 bis 6 beschrieben, in das Silizium einlegiert wurden, gedampft. Durch anschließendes stellenweises Ätzen Diese Aluminiumkontakte werden durch schraffierte mit Hilfe von Fotolack und einer Maske, welche die Flächen wie nachfolgend beschrieben dargestellt. 80 Umkehrung derer ist, die zur Freilegung der Gebiete und 81 bezeichnen Anschlüsse für den Widerstand 23, 24, 25 und 26 benutzt wurde, bleiben nur diese 72. 82 ist ein Kontakt zur Isolationszone 71. Der Gebiete mit einem Aluminiumfilm überzogen. Die 35 Transistor hat einen Basiskontakt 83 und einen Scheibe 11 wird dann erhitzt, um einen guten ohm- " Emitterkontakt 84. Der Widerstand 74 hat einen Ansehen Kontakt durch Bildung einer Legierung an der Schluß bei 85. Die den Dioden gemeinsame Anode Grenzschicht zwischen Aluminium und Silizium zu 76 ist mit der schmalen n+-leitenden Zone 79 miterhalten, tels der Aluminiumfläche 86 verbunden. Einzelne

In den F i g. 4 und 5 bezeichnen die Bezugsziffern 40 Dioden-Kathoden-Kontakte sind mit 87 bezeichnet.

23, 24, 25 und 26 den Emitterkontakt, den Basiskon- Die Anschlüsse für den Widerstand 77 sind mit 88

takt für den Transistor T und den Kathodenanschluß und 89 bezeichnet.

bzw. den Anodenanschluß für die Diode D, der sich F i g. 9 zeigt schematisch einen Schnitt der in als ein kurzschließender Streifen zum Halbleiter- Fig. 8 dargestellten Anordnung entlang der körper der η-leitenden Scheibe 11 erstreckt, d.h., 45 Linie A-A. Sie zeigt die η-leitende epitaktisch niederdaß das p-leitende Anodengebiet der Diode D über geschlagene Unterlage 90 auf dem n+-Ieitenden den gleichrichtenden pn-übergang mit dem η-leiten- Halbleiterkörper 91 und die schützende Siliziumden Halbleiterkörper der Scheibe 11 kurzgeschlossen dioxydschicht 92. Die eindiffundierten p-leitenden ist, so daß es mit dem Kollektor des Transistors T und n+-leitenden Gebiete sowie die Aluminiumkonin Reihe geschaltet ist. Somit ist eine Schaltung her- 50 takte und Anschlüsse sind mit denselben Bezugsgestellt, wie sie in F i g. 6 gezeigt ist. Die Kollektor- ziffern wie die in den F i g. 7 und 8 benutzten bezone des Transistors T ist in Reihe mit dem Elek- zeichnet.

trodengebiet der DiodeD von entgegengesetztem Fig. 10 zeigt die in Fig. 8 dargestellte Anord-

Leitungstyp geschaltet. nung mit einer Aluminiumschicht als Zwischen-

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, 55 Verbindungsmuster, dargestellt durch schraffierte bei dem das einlegierte Aluminium den ohmschen Flächen, das auf das Siliziumdioxyd aufgedampft Kontakt an dem η-leitenden Silizium herstellt, ist ein wurde, um die zur Bildung einer vollständigen Schalbesonderes η+-leitendes Gebiet 22 mit niedrigem tung notwendigen Zwischenverbindungen herzuspezifischem Widerstand notwendig, um die Anoden- stellen. Fig. 11 zeigt das Schaltbild dieser vervollzone 16 der Diode an den Kollektor des Transistors 60 ständigten Anordnung.

anzuschließen. Die Schichten niedrigen Widerstandes Die in den Fig. 10 und 11 benutzten Bezugsbuchdes gleichen Leitungstyps in dem Halbleiterkörper stäben bezeichnen die äußeren Anschlüsse der Schalkönnen auch durch epitaktisches Wachstum herge- tung.
stellt werden. Die obige Beschreibung bezog sich auf doppelt dif-

F i g. 7 stellt eine Draufsicht auf eine doppelt dif- 65 fundierte, von einer η-leitenden Silizumscheibe ausfundierte, nach dem Planarverfahren hergestellte gehende, nach dem Planarverfahren hergestellte NOR-Schaltung dar, bevor die Elektroden für die Halbleiterfestkörperschaltungen mit Transistoren vom Aufbringung der notwendigen Elektrodenkontakte npn-Typ. Die Herstellung dieser Schaltung kann je-

doch auch von einer p-leitenden Siliziumscheibe ausgehen, und es können Transistoren vom pnp-Typ hergestellt werden. Wenn man der obenstehenden Beschreibung folgt und p-Leitung durch n-Leitung und umgekehrt ersetzt und die Polaritäten der Schaltungsanordnung umkehrt, wird ersichtlich, daß die Erfindung immer noch eine Schaltung ergibt, in welcher die Kollektorzone eines Transistors mit dem Elektrodengebiet von entgegengesetztem Leitungstyp einer Diode in Reihe geschaltet ist.

Ein wesentlicher Bestandteil des Planarprozesses ist die Maskierung der Kristalloberfläche zum Zwecke der Diffusion. Gegenwärtig ist Silizium vom technischen Standpunkt aus betrachtet das geeignetste Halbleitermaterial für den Diffusionsprozeß mit Hilfe einer Maske, da Siliziumdioxyd beständig ist und durch Wasserdampf und Sauerstoff während jeder Diffusionsstufe einfach hergestellt werden kann. Die Anwendbarkeit der Erfindung kann jedoch auch auf andere Halbleiterkristalle ausgedehnt werden, ob- ao gleich die technische Ausführung dann weniger einfach ist. Beispielsweise kann Germanium verwendet werden. Germaniumoxyd ist zwar weniger beständig, aber es ist möglich, den Planarprozeß durch Aufbringen einer Siliziummonoxydschicht auszuführen.

Obgleich Aluminium als das zur Bildung von Kontakten und zum Herstellen von Zwischenverbindungen der frei liegenden Elektrodengebiete benutzte Metall beschrieben wurde, können auch andere Metalle dazu verwendet werden, z. B. kann ein Bimetallfilm benutzt werden, wie bereits vorgeschlagen wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterfestkörperschaltung, bei dem in einem als Kollektorzone dienenden Halbleiterkörper nach dem Planarverfahren mittels zweimaliger Diffusion von der gleichen Oberfläche her die Basis und der Emitter eines Transistors und die beiden Zonen einer Diode jeweils gleichzeitig und mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp erzeugt werden und anschließend die eine der beiden Zonen der Diode mit der Kollektorzone elektrisch leitend verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die genannte Oberfläche des Halbleiterkörpers eine die zuerst erzeugte Zone der Diode und die Kollektorzone des Transistors verbindende dünne Metallfilmschicht einlegiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Halbleiterkörper vor dem Einlegieren der Metallfilmschicht eine ohmsche Kontaktstelle mit niedrigem spezifischem Widerstand zwischen der Metallfilmschicht und der Kollektorzone mittels der zweiten Diffusion erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper in seinem Ausgangszustand n-leitend ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfilmschicht aus Aluminium besteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen