DE1514064A1

DE1514064A1 - Verfahren zur Herstellung integrierter Halbleiterbauelemente

Info

Publication number: DE1514064A1
Application number: DE19651514064
Authority: DE
Inventors: Von Muench Dipl-Phys Waldemar
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1965-11-22
Filing date: 1965-11-22
Publication date: 1970-01-22

Description

Verfahren zur Herstellung integrierter Halbleiterbauelemente Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung integrierter Halbleiterbauelemente mit durch Trenndifrusionen gegeneinander isolierten Bereichen.
Eine bekannte Fertigungstechnik zur Herstellung integrierter . Halbleiterbauelemente ist die sogenannte Planartechnik. Bei dieser Technik werden durch die Anwendung von Oaydations-und Dlffussionsprozessen in Verbindung*mit photolithographischen Verfahren in einem Halbleitergrundkörper elektronische Baueleaente hergestellte Man unterscheidet grundsätzlich zwei Verfahren zur Durchführung der Diffusion von Do-tierungsstoffen in das Halbleitermaterial. Die Diffusion erfolgt entweder aus der Gasphase oder aus festen;auf das Halbleitermaterial aufgebrachten, dotierten Decksch chten. Die ursprünglich für Silizium entwickelte Planartechnik besteht nun im wesentlichen darin, daß ein Silziumplättehen oxydiert und die Oxydsehicht an bestimmten Stellen weggeätzt wird. Auf diese Weise werden Stellen freigeätzt, an denen'ein Dotierungs.stoff eindiffundieren kann. Die übrig bleibenden Teile der Oxydschicht wirken dann als Maske, welche die Diffusion des Doterungsstoffes.verhindert. Durch wiederholte Anwendungen dieser Prozesse lassen sich die gewünschten pn--, pnp- oder npn-Struktunen herstellen. Bei der Übertragung der Planartechnik von Silizium- auf Galiumarsenidbauelemente erscheint es zweckmäßig, Siliziumdioxyd als Maskierungssubstanz beizubehalten, da hierfür bereits eine hoch entwickelte Fotogravierung und Ätztechnik existiert. Die Beschichtung von Gallumarsenidplättchen mit Silziumdioxyd kann durch pyrolytsche Zersetzung siliziumorganischer Verbindungen erfolgen.
Bei der Herstellung integrierter Bauelemente sind nun außer den Diffusionen, die die aktiven p- und n- dotierten Zonen ergeben, sogenannte Trenndiffusionen erforderlich. Diese Trennd Jfusionen dienen dazu, einzelne Gebiete des Halbleiterkörpers gegeneinander zu isolieren, um damit im wesentlichen voneinander unabhängig funktionierende Bauelemte- in eixwa Halbleiterplättchen herstellen zu können. Die Trenndiffusionen müssen in einem gesonderten Prozess durchgeführt werden. Zunächst wird das Halbleiterplättchen Beispielsweise durch pyrolytisehe Zersetzung oder einen Oxydationsprozess mit für eine Maskierung geeignetem Material beschichtete Anschließend wird durch ein Foto-Ätzverfahren diese Schicht an den Stellen entfernt, an denen eine Trenn-

Dieses Verfahren zeigt einige wesentliche Nachteile: Es sind für die Trenndiffusion und die Basisdiffusion getrennte Erwärmungsprozesse erforderlich. Um eine Umdotierung des Halbleitermaterials unterhalb der als Maske verwendeten Schicht bei der sich jeweils anschließenden Diffusion sicher zu ver-. hindern, muß diese Schicht eine gewisse Mindestdicke aufweisen. Die hierfür erforderliche Wärmebehandlung kann unter Umständen die vorher eingestellte Störstellenverteilung im Halbleitermaterial ungünstig beeinflussen. Dazukommt noch, daß bei der Diffusion aus der Gasphase der Halbleiterkörper hoch erhitzt werden muß, um die Diffusionszeit möglichst kurz zu halten. Dabei wird die'Oberflächedes Halbleiterkörpers oft angegriffen,* so daß sich eine@rauhe Oberflächenbeschaffenheit ergibt..Außerdem hat sich in der Praxis gezeigt,_daß es ehr schwierig ist, die bei der Durchführung der Trenndiffusionen als Masken verwendeten Siliziumdioxyd- -schichten einwandfrei herzustellen. Bei der Herstellung .dieser Schichten tritt häufig der Fall ein, daß unbeabsichtigt Löcher entstehen. Da die Masken für die Trenndiffusion zwangsläufig verhältnismäßig großflächige von schmalen Ausnehmungen für die Trenndiffusion begrenzte Schichtbereiche aufweisen, können an den Stellen unbeabsichtigter Löcher in der maskierenden Siliziumdioxydsehicht bei der Trenndiffusion tiefe Zonen des gleichen Leitungstyps wie in der Isolierzone erzeugt werden. An diesen Stellen können dann aber anschließend keine brauchbaren Halbleiterbauelemente gebildet werden: Eine dickere Beschichtung zum Zwecke der Maskierung für; die Trenndiffusion ist in manohen.Fällen nicht möglich. Beispielsweise können bei Verwendung von Siliziumdioxyd als Materialfür die Maske und Galiumarsenid als Halbleiter.-grundkörper infolge der.unterschiedlichen Wermeausdehnungskoeffizienten dieser beiden Materialien bei der pyrolytisehen* Beschichtung ab einer gewissen Schichtdicke Risse entstehen, die die Maske ebenso unbrauchbar machen.
Zur Vermeidung dieser Nachteile und Fehlerquellen-, insbesondere zur Vermeidung der Löcher oder der Folgen der Köcher in der maskierenden Schicht bei der Trenndiffusion "und zur gleichzeitigen Verringerung der Zahl der Aufheizprozesse bei der Herstellung-integrierter Bauelemente wird gemäß der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem die erforderlichen Trenndiffusionen und die gas.isdiffusionen gleichzeitig durch*einen Aufheizprozess aus die zu dotierenden Zonen bedeckenden, geeignet dotierten Quellschichten erfolgen.
Auf diese Weise wird bei der Herstellung integrierter Halbleiterbauelemente die Ausbeute an brauchbaren Bauelementen weniger abhängig von der Qualität der zum Zwecke der Trenndiffusion aufgebrachten Schichten. Die Anzahl der fair die Herstellung dieser Bauelemente erforderlichen Aufheizprozesse#qird dadurch verringert, daß die Trenndiffusionen und die Basisdiffusionen in einem einzigen Aufheizprozess durchgeführt werden. . Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrenssind in der an Hand der Zeichnung erfolgenden Beschreibong aufgeführt Es zeigen: Eig. 1. - eine nach dem seitherigen Verfahren durch-- geftihrte Trenndiffusion, Fig. 2 die Vorteile einer Trenndiffusion aus einer dotierten Schicht und Fig. 3 bis das erfindungsgemäße Verfahren, wie es Fig. 7 im Prinzip zur Herstellung eines npnr-Transistors innerhalb einer integrierten Schaltung angewendet wird.
Der in Fig. 1 dargestellte p-dotierte Halbleiterkörper 1 trägt eine n-dotierte Halbleiterschicht 2, in der die gewünschten pn-Übergänge hergestellt werden: Da es sich = um integrierte Schaltungen handeln soll, müssen einzelne Bereiche der Halbleiterschicht 2 gegeneinander isoliert werden. Zu diesem Zweck ist die n-dotierte Schicht 2 mit---einer Maske 3 beschichtet, die an den Stellen an den eine Trenndiffusion stattfinden soll, möglichst schmale Fenster 4 aufweist. Während eines Diffusionsprozesses aus der Gaste-: Phase diffundieren durch Fenster 4 Störstellen in de Halbleiterschieht 2 ein, so daß dort im°%reich-der Fenster 4 p+-dotierte Zonen 8 entstehen. Die p+ -dotierten Zonen 8 ergeben eine isolierende Trennung der einzelnen n-dotiert:en Bereiche der Halbleiterschicht 2. Wie bereits ausgeführt ist es schwierig, einwandfreie maskierende Schichten, alsä vornehmlich Siliziumdioxydsehichten, herzustellen. Die AusWirkung eines unerwünschten Loches 6 in der mskiereriden Schicht 2 ist in der Fg: Z dargestellt. Das Loch 6 führt während der Trenndiffusion zu einer tiefen Zone 7 gleichen Leitungstyps wie die Isolierzone B. Damit ist der zwischen den beiden Isolierzonen 8 gelegene n-dotierte Bereich für die Herstellung eines Halbleiterbauelementes nicht mehr verwendbar.
In Fig. 2 Ist nun gezeigt, wie durch Diffusion der Isolierzonen aus dotierten Schichten der Einfluß etwa auftretender Löcher weitgehend vermieden wird. Die n-dotierte Halbleiterschicht 2 wurde zunächst nach einem der bekannten Verfahren, beispielsweise Oxydation oder pyrolytigehe Zersetzung, mit einer geeignet dotierten Schicht, vornehmlich Siliz.umdioxydschickt versehen. Beispielsweise mittels des bekannten Fotoätzverfahrens werden sämtliche Teile der Siliziumdioxydschicht bis auf die Bereiche 9 entfernt, unterhalb derer Isolierzonen $ gebildet werden sollen. Die Isolierzonen 8 entstehen durch Diffusion Von Dotierungsstoffen aus den Bereichen 9 während eines Erwärmungsprozesses. Im vorliegenden Falle muß die Dotierung der Bereiche 9 so gewählt sein, daß die Isolierzonen 8 eine p¢-Dotierung erhalten. Beim Vergleich der Fig. 2 mit der Fig. i ist sofort ersichtlich, daß beim Verfahren nach Ag. 2 die Notwendigketj(einer einwandfreien Schicht 9 ledig-`lieh auf die aus technischen und ökonomischen Gründen relativ sehr kleinen Isolierbereiche beschränkt ist. Außerdem ist zu ersehen, daß der Einfluß eines Loches 10 in einem als Quelle dienenden Bereich 9 weitaus geringer ist. Wie in der Fig. 2 angedeutet, kann ein Loch 10, dessen Ausdehnung klein gegenüber der Fläche des Isolierbereiches ist, die Isolierwirkung nicht stören, da lediglich eine von dem p+-dotierten Isolierbereich 8 völlig eingeschlossene, entsprechend der Halbleiterschicht-2 n-datierte inselförmige Zone übrig bleibt. In den Figuren 3 bis 7 ist nun vereinfacht die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines.npn-Transistors innerhalb einer isolierten Zone eines Halbleiterkörpers dargestellt. Fig. 3 zeigt wiederum einen p--.;dotierten Halbleiterkörper 1 der nach einem der bekannten Verfahren mit einer verhältrdsmäßig dünnen n-dotierten Halbleiterschicht 2, bedeckt ist. In dieser Halbleiterschicht 2 werden die aktiven pn-Übergänge hergestellt. Zu-diesem Zweck wird die Halbleiterschickt 2 aanächst.in bekannter Weise mit p-dotierten Siliziumdioxydschichten 9 an den Stellen beschichtet, an denen eine isolierende Trennung einzelner Bereiche der Halbleiterschicht 2 erfolgen soll. In einem weiteren Verfahren wird, wie in Fig. 5 dargeßtellt, eine weitere, geeignet dotierte Schicht 11' aufgebracht, die den Basisbereich bedeckt und aus der die Basisdiffusion erfolgt. Fig. 6 zeigt den Zustand der Anordnung gemäß Fig. 5, nachdem in einem Aufheizprozess in der n-dotierten Halbleiterschicht 2 -durch Diffusion der Störstoffe aus den darüberliegenden Schichten 9 und Q11 die p+-doterten Isolierzonen 8 und die p-dotierte BasLszone 12 entstanden ist. Die Isolierzonen 8 durchsetzen die n-dotierte Halbleiterschicht 2 in ihrer ganzen Dicke, so daß eine völlige Isolation der beiderseits angrenzenden n-dotierten Bereiche der Halbleiterschicht 2 gewährleistet ist. Die-unterschiedlichen Dicken von Basiszone 12 und Isolierzonen 8 ergeben sich im vorliegenden Fall durch die unterschiedliche Dicke der sie erzeugenden dotier-. ten Schichten 9 und 11. Durch Abstufung der dotierten Schicht 11: In sich, erhält man gleichzeitig eine abgestufte Basisdicke; so daß der Basiswiderstand bei gleichbleibender Trägerlaufzeit-herabgesetzt wird. Die unterschiedliche Dicke von Basiszone 12 Land Isolierzonen 8 kann auch durch unterschiedliehe Dotierung der Schchten@9 und 11 hervorgerufen werden.
In Fig. 7 ist in der Schicht 11 ein Fenster 13 für die Emitterdiffusion freigelegt und die Diffusion von Donatoren in be-kannter Weise durchgeführt. Zwischen den beiden Isolierzonen 8:enteteht somit ein.npn-Transistor alt Kollektor 159-Ba-ein 12 und Emitter 14.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung integrierter Halbleiterbauelemente mit durch Trenndiffusionen.gegeneinander isolierten Bereichen des Halbleiterkörpers,"dadurch gekennzeichnet, daß die erforderlichen Trenndiffusionen und die Basisdiffusionen gleichzeitig durch einen Aufheizprozess aus die zu dotierenden Zonen bedeckenden, geeignet dotierten Quellschichtea erfolgen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, däß die Quellschichten für Isolierzonen und Basiszonen unterschiedliche Dicken und/ oder unterschiedliche Dotierung-aufweisen. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellschjc ht für die Basisdiffusion eine abgestufte Dicke aufweist: