DE1614375B2

DE1614375B2 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE1614375B2
Application number: DE19671614375
Authority: DE
Inventors: David Stanley Plainfield; Gilbert George John Whitehouse Station; Duclos Ronald Albert Lebanon; N.J. Jacobson (V.StA.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1966-10-05
Filing date: 1967-06-30
Publication date: 1972-11-16
Also published as: SE327015B; GB1150834A; ES342567A1; DE1614375A1

Description

und bei welchem auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers eine zweite, die freigelegten Flächen wieder abdeckende Diffusionsmaskenschicht aufgetragen wird, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach erneutem Freilegen nur der ersten Diffusionsfläche ein erstes Dotierungsmaterial durch diese Fläche in den Halbleiterkörper diffundiert wird, und daß anschließend auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers eine dritte Diffusionsmaskenschicht aufgebracht wird, welche die erste Diffusionsfläche wieder bedeckt und die Dicke der die Diffusionsflächen begrenzenden Maskenschicht verstärkt, worauf die zweite Diffusionsfläche wieder freigelegt und durch diese Fläche ein zweites Dotierungsmaterial in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, bei dem genau ausgerichtete Öffnungen mit kritischen Abständen in einem ersten Maskenüberzug auf einer Halbleiteroberfläche ausgebildet werden, durch die hindurch bestimmte Teile des Bauelementes ausgebildet werden, wird eine einzige Photomaske mit einem Muster, das den gewünschten Öffnungen mit den kritischen Abständen und genauen Ausrichtungen entspricht, ausgebildet, wobei die Photomaske in einem photolithographischen Vorgang zur gleichzeitigen Ausbildung einer Mehrzahl von Öffnungen durch den Maskenüberzug benutzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem erwähnten Stand der Technik dadurch, daß die erste Diffusionsfläche erst diffundiert wird, nachdem beide freigelegten Flächen wieder bedeckt worden sind und nur die erste Fläche wieder freigelegt worden ist. Nach dem Aufbringen einer dritten Schutzschicht, welche diese Fläche wieder bedeckt und die Dicke der über der zweiten Diffusionsfläche befindlichen Schicht verstärkt, wird die zweite Fläche freigelegt und diffundiert. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers kein Platz verschenkt wird und daß dennoch die genaue Form und Lage der beiden Flächen durch eine einzige Photomaske bestimmt wird. Die Photomasken für das erneute Freilegen der wieder bedeckten Diffusionsflächen brauchen nicht so genau ausgebildet zu sein, sie brauchen nur den ungefähren Bereich der Diffusionsflächen zu begrenzen, während die genauen Grenzen durch die unterschiedliche Schichtdicke der Diffusionsmaske definiert sind. Die Ränder der tiefsten Stufen der Schutzschicht sind jedoch nach dem Ätzvorgang mit Hilfe der ersten Photomaske bereits eindeutig festgelegt worden.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Darstellungen einiger Ausführüngsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein nach der Erfindung hergestelltes Bauelement,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 bis 11 Querschnitte durch ein Halbleiterplättchen zur Veranschaulichung der einzelnen Herstellungsschritte für ein Plättchen nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 12 einen Querschnitt durch ein Plättchen zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel eines Plättchens 20 für einen Hochfrequenz-npn-Transistor.

Das Plättchen 20 besteht aus Halbleitermaterial wie Silicium und hat eine stark dotierte η-leitende Emitterzone 22, eine p-leitende Basiszone 24 und eine η-leitende Kollektorzone 26 und zwei stark dotierte p-leitende Basis-Kontaktzonen 28. Die Kollektorzone

28 kann die Hauptmasse des Plättchens 20 sein. Obwohl es in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, sind die beiden Zonen 28 elektrisch miteinander verbunden und dienen als Stromzuleitungen niedrigen

ίο Widerstandes für die Basiszone 24. Die obere Fläche

29 des Plättchens 20 ist mit einem Isolierüberzug 30 bedeckt. Durch Öffnungen in der Schicht 30 ragen Metallkontakte 31 und 32, welche Kontakt zu den Zonen 22 bzw. 28 herstellen.

Das dargestellte Plättchen 20 ist ein stark vereinfachtes Beispiel für ein Halbleiterbauelement. Es sei diesbezüglich auf die Literaturstelle »The Overlay Transistor«, Teil 1 und 2 in der Zeitschrift »Electronics« vom 23. August 1965, Seiten 71 bis 84 verwiesen, wo handelsübliche Halbleiterbauelemente und ihre Herstellungsverfahren beschrieben sind.

Der Zug zu immer kleiner werdenden Abmessungen von Halbleiterbauelementen hat die Technik der Ausrichtung und Abstandshaltung der einzelnen Teile der Bauelemente stark kompliziert. Beispielsweise ist der Überlappungsbereich der Zonen 22 und 24 mit den beiden Zonen 28 kleiner als 0,5 Mikrometer. Das erfordert eine Ausrichtung dieser Zonen innerhalb Toleranzen dieser Größenordnung. Eine Fehlausrichtung von mehr als 0,5 Mikrometer würde zur Folge haben, daß keine Verbindung zwischen der Basis 24 und der Basiskontaktzone 28 auf der einen Seite entsteht, so daß der Basiswiderstand erhöht wird. Auf der anderen Seite würden dagegen die Basis- und Emitterzonen 22 und 24 weiter in die andere Basiskontaktzone 28 hineinreichen. Beides führt zu einer Verschlechterung der Hochfrequenzeigenschaften.

Bei der Herstellung des Transistors auf dem Plättchen 20 wird üblicherweise eine ganze Anzahl von in Zeilen und Spalten auf einer Halbleiter-Materialplatte angeordneten Plättchen 20 gleichzeitig behandelt, worauf die Plättchen auseinandergeschnitten werden. Der Einfachheit halber sei hier nur die Herstellung eines einzigen Plättchens 20 beschrieben.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein η-leitendes Plättchen 20 gewählt (F i g. 3). Die obere Fläche 29 dieses Plättchens wird mit einer ersten Diffusionsmaskenschicht 33 beispielsweise aus Siliciumdioxyd überzogen. Mit Diffusionsmaskenschicht ist hiermit eine Schicht gemeint., die für die Dämpfe, mit denen der Leitungstyp zur Dotierung der verschiedenen Zonen des Plättchens 20 umgekehrt wird, undurchlässig ist.

Verfahren zur Ausbildung solcher Siliciumdioxydschichten auf Siliciumplättchen sind bekannt. Beispielsweise kann man die Schicht 33 durch Erhitzen des Plättchens für etwa 30 Minuten auf eine Temperatur von 1175° C in einer Sauerstoff- oder Dampfatmosphäre thermisch wachsen lassen. Ein anderes Verfahren besteht im Niederschlagen der Schicht 33 durch Erhitzen von Silandampf (SiH₄) in Gegenwart des Plättchens, wobei sich Siliciumdioxyd auf diesem niederschlägt. Die Dicke der Schicht 33 ist nicht kritisch. Vorzugsweise macht man sie jedoch so dick, wie es mit Rücksicht auf die kleinen in ihr auszubildenden Öffnungen noch möglich ist. Eine Dicke von etwa 6000 Angström hat sich als günstig

herausgestellt. Eine dicke Schicht 33 ist zweckmäßig zur Verringerung der kapazitiven Kopplung zwischen dem Metallkontakt 31 (F i g. 1 und 2) und der Kollektorzone 26 des Plättchens. Die Dicke der Schicht 33 wird durch die kleinsten in ihr auszubildenden Öffnungen begrenzt. Bei einer Schichtdicke von 6000 Angström lassen sich Öffnungen von etwa 2 Mikrometer noch ausbilden.

Zur Ausbildung der verschiedenen Zonen 22, 24 und 28 im Plättchen 20 werden Öffnungen oder Diffusionsflächen 36 und 38 (F i g. 4) in der Maskenschicht auf den Plättchen 20 ausgebildet, und geeignete Leitungstypmodifikatoren werden durch die Diffusionsflächen in das Plättchen hineindiffundiert. Die Diffusionsflächen werden unter Verwendung bekannter photolithographischer Verfahren hergestellt. Beispielsweise kann die Oberfläche der Maskenschicht 33 mit einer lichtempfindlichen Emulsion, beispielsweise einem Photoresistmaterial, überzogen werden, auf der eine Photomaske angeordnet wird. Die Photomaske hat einen lichtundurchlässigen Teil, der eine Fläche des Plättchens bedeckt, wo eine Diffusionsfläche ausgebildet werden soll. Die Emulsionsschicht wird dann durch die Photomaske einer Belichtung ausgesetzt, und das Plättchen wird mit einem geeigneten Lösungsmittel behandelt, durch das der unbelichtete Teil der Emulsion, der von dem undurchsichtigen Teil der Maske bedeckt war, entfernt wird. Der nun unbedeckte Teil der Maskenschicht 33 kann dann durch Ätzen entfernt werden, so daß die Diffusionsflächen 36 und 38 freigelegt werden.

Die Querabmessung der Fläche 38 beträgt etwa 3,6 Mikrometer und die der Fläche 36 etwa 2 Mikrometer. Die Flächen 36 und 38 sind voneinander durch den Maskenabschnitt 42 der Schicht 33 getrennt. Der Abstand zwischen den beiden Flächen 38 und 36 beträgt etwa 1,5 Mikrometer. Im Gegensatz zur bisherigen Praxis werden erfindungsgemäß alle Flächenöffnungen 36 und 38 gleichzeitig in der Maskenschicht 33 ausgebildet. Hierzu wird ein einziger photolithographischer Prozeß unter Verwendung einer Photomaske benutzt. Bekanntermaßen lassen sich Photomasken mit einer Genauigkeit in der Größenordnung der gewünschten Toleranz von 2 Mikrometer herstellen, und eine derartige Photomaske wird mit dieser Genauigkeit zur Bildung der undurchlässigen Flächen zur Abdeckung der Flächen 36 und 38 während der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht in bekannter Weise hergestellt. Das Wegätzen des die Flächen 36 und 38 bedeckenden Überzugs 33 wird mit derselben Genauigkeit durchgeführt. Anschließend wird eine zweite Maskenschicht 40 auf die Plättchenoberfläche aufgebracht (F i g. 5). Die Schicht 40 bedeckt die zuerst geöffneten Flächen 36 und 38 und verstärkt die Dicke der Maskierungselemente 42. Bei der veranschaulichten Ausführungsform besteht die Schicht 40 aus Siliciumdioxyd, das aus Dampf auf den Plättchen niedergeschlagen ist. Die Schicht 40 ist genügend dick, um zu verhindern, daß die nachfolgend angewendeten Leitungstypmodifikatoren durch sie hindurchwandern. Dicken in der Größenordnung von 5000 Angström haben sich als ausreichend zur Verhinderung einer ρ+-Diffusion in die Fläche 36 im nachfolgenden Schritt erwiesen.

Die Diffusionsflächen 38 werden dann in der folgenden Weise unter Verwendung eines zweiten photolithographischen Schrittes wieder geöffnet.

F i g. 6 zeigt ein Plättchen 20 mit einem Überzug 46 aus photoempfindlichen Material und eine in Kontakt mit dem Überzug 26 befindliche Photomaske 50. Die Photomaske wird mit einer durch undurchsichtige Elemente 52 gebildeten Vorlage versehen. Wie die Figur zeigt, sind die undurchsichtigen Elemente 52 etwas größer als die Diffusionsflächen 38, die geöffnet werden sollen, und damit werden die entstehenden Öffnungen 56 (F i g. 7), die in dem photoempfindlichen Überzug 46 nach Belichtung und Entwicklung des Überzugs entstehen, größer als die Öffnungen 38. Dadurch wird eine bestimmte Toleranz bei der Ausrichtung in jede Richtung zulässig, ohne daß die ursprünglichen Flächenabmessungen in den folgenden Ätzschritten verändert werden. Wegen der Abschnitte der Siliciumoxydschicht 40, welche die die Öffnungsflächen 38 bestimmenden Teile der Siliciumoxydschicht 33 bedecken, ist die Dicke des Siliciumoxyds um den Umfang der Öffnungen 56 größer als die Dicke des Überzugs 40, der die Flächen 38 bedeckt. Die Verwendung größerer Maskenelemente 52 sichert auch, daß die gesamte oder fast die gesamte Maskierungsschicht 40 über den gewählten Zutrittsöffnungen bei der folgenden Behandlung entfernt wird.

Die Teile der Maskenschicht 40, welche die Flächen 38 bedecken, werden dann durch einen kontrollierten Ätzschritt entfernt. Die Teile der Schicht 40, die durch die übriggebliebenen Teile der Photoschicht 46 bedeckt sind, werden durch das Ätzen nicht angegriffen. Im Falle einer Siliziumdioxydschicht 40 wird als Ätzmittel eine wäßrige Lösung von Flußsäure verwendet, die mit Ammoniumfiuorid (NH₄F) versehen ist, das die Aktivität der Ätzlösung aufrechterhält. Der Ätzvorgang wird so lange ausgeführt, daß nur so viel von der Siliziumdioxydschicht weggeätzt wird, wie der Dicke der zweiten Schicht 40 entspricht. Wie F i g. 8 zeigt, werden durch die Entfernung der die Öffnungen 56 abdeckenden Teile der Schicht 40 die Flächen 38 völlig geöffnet, aber die Entfernung der Schicht 40 von den Umfangsabschnitten der Maskenelemente 42 um die Öffnungen 56 herum verringert nur die Dicke des Maskenmaterials in diesen Flächen und Teilen der Schicht 33, welche die Maskenelemente 42 bilden, die zur Begrenzung der Diffusionsflächen 38 verbleiben. Obgleich die Vorlageelemente 52 der Photomaske 50 und die daraus entstehenden Öffnungen 56 durch die Schicht 46 (F i g. 7) eine Übergröße haben, ergibt der Dickenunterschied der Oxydschichten Öffnungsflächen 38 mit genauen Abmessungen· und genauer Lage, wie sie durch den ersten photolithographischen Schritt bestimmt ist und verhindert eine Entfernung der Oxydmaskenelemente 42 zwischen den Flächen 38 und jeglichen angrenzenden Flächen, wie den Flächen 36.

Ein anderer Vorteil der Benutzung einer Photomaske 50 mit Maskenelementen 52, die größer als die zu öffnenden Flächen 38 sind, liegt darin, daß in den folgenden Verfahrensschritten eine übermäßige Genauigkeit bei der Ausrichtung der Photomasken nicht erforderlich ist. Beim Ausrichten muß das Vorlage- oder Bildelement 52 nur noch die Fläche 38 überdecken. Die genaue Lage der Flächen wird so einzig und allein durch die Genauigkeit der Herstellung der im ersten photolithographischen Schritt verwendeten Photomaske bestimmt. Dies ist ein wichtiger Vorteil gegenüber den bekannten Ver-

fahren, bei denen die Genauigkeit der gegenseitigen Ausrichtung der verschiedenen Diffusionsflächen von der Genauigkeit der Ausrichtung nacheinander verwendeter Photomasken abhängt.

Nach dem Öffnen der diffundierten Flächen 38 wird die photoempfindliche Materialschicht 36 durch bekannte Lösungsmittel entfernt. Dann wird ein Leitungstypmodifikator, mit Hilfe dessen der gewünschte Leitungstyp in den Zonen 28 (F i g. 8) ausgebildet wird, durch die Diffusionsflächen 38 diffundiert. Da das Plättchen 20 im vorliegenden Beispiel aus n-leitendem Silizium besteht, eignet sich als Leitfähigkeitsmodifikator ein Akzeptor wie Bor, Aluminium, Gallium oder Indium. Beispielsweise wird das SiIiziumplättchen 20 in Boroxyddämpfen auf etwa 1200° C während etwa 8 bis 10 Minuten erhitzt, so daß die Plättchenzonen 28 unterhalb der Diffusionsflächen 38 zu p⁺-leitenden Zonen umgewandelt werden. Die Dauer und Temperatur des Diffusionsschrittes wird so gewählt, daß die diffundierte Zone 28 die gewünschte Tiefe bekommt. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Tiefe der Zonen 28 etwa 2 Mikrometer. Da das Bor in einem gewissen Grade auch seitlich diffundiert, werden die diffundierten Zonen 28 in der Fläche größer als die diffundierten Flächen 38.

Nachdem die p⁺-Zonen 28 ausgebildet sind, werden die Flächen 38 verschlossen und die Diffusionsfläche 36 wird geöffnet. Hierzu werden Flächen der Maskenschicht 40 (F i g. 8), welche die Diffusionsfläche 36 bedecken und deren Umfang begrenzen, entfernt. Dies geschieht, indem die Plättchenoberfläche mit einer nicht dargestellten Photoresistschicht überzogen wird und nur die Fläche der Photoresistschicht, welche die Diffusionsfläche 36 bedeckt, abgedeckt wird. Das Plättchen 20 wird durch eine Photomaske belichtet, deren undurchsichtiges Teil, das nur die Fläche 36 bedeckt, eine Übergröße hat. Die nicht belichteten Teile des Photoresistüberzugs an der Fläche 30 werden dann weggewaschen, und es folgt ein kontrollierter Ätzvorgang, der zeitlich so bemessen ist, daß nur die Teile der Maskenschicht 40 entfernt werden, wie F i g. 8 zeigt, welche die Fläche 36 bedecken und ihren Umfang begrenzen. Die belichteten Teile der Photoresistschicht, welche die Flächen 38 und den Rest des Plättchens 20 bedecken, werden dann zur Vorbereitung des Plättchens für die weitere Behandlung entfernt. Sämtliche Flächen 36 und 38 sind nun offen.

Danach wird eine dritte Maskenschicht 60 (F i g. 9) auf die Plättchenoberfläche aufgebracht, um die Diffusionsflächen 36 und 38 zu verschließen und die Dicke der Maskenelemente 42, welche die Diffusionsflächen begrenzen, erneut aufzubauen. Bei der beschriebenen Ausführungsform besteht die Schicht 60 aus dampfniedergeschlagenem Siliziumdioxyd und hat eine Dicke von etwa 3000 Angström-Einheiten. Die Schicht 60 wird relativ dünn gemacht, wenn die Diffusionsfläche 36 eine relativ kleine Größe, etwa 2 bis 3 Quadratmikrometer, hat. Eine größere Genauigkeit der Öffnungsgröße läßt sich allgemein durch Verwendung dünnerer Maskenschichten erreichen. Die Schicht 60 wird so dünn wie möglich gehalten, um den Dickenunterschied der Oxydschichten, welche die Maskenelemente 42 bilden, möglichst groß zu machen, damit eine Änderung der ursprünglichen Fläche 36 bei dem nachfolgenden Ätzschritt vermieden wird. Jedoch sollte die Maskenschicht 60 genügend dick sein, um ein Eindringen des Emitter-Dotiermaterials in die p+-Matrixzonen 28 bei der folgenden Behandlung zu vermeiden.
Die Diffusionsfläche 36 wird durch den Überzug 60 unter Anwendung eines photolithographischen Verfahrens in gleicher Weise wie vorher bei der Öffnung der Fläche 36 durch die Schicht 40 (F i g. 8) hindurch geöffnet. Ebenso wird eine Photomaske verwendet,

ίο deren undurchsichtige Stellen größer als die Diffusionsfläche 36 sind, und die Ätzzeit wird kontrolliert, daß nur Siiiziumdioxyd in einer Dicke entfernt wird, die gleich der Dicke der Schicht 60, welche die Fläche 36 bedeckt und begrenzt, ist, wobei die Teile des Oxydfilms 60, der die Flächen 38 bedeckt, durch die belichteten ausgehärteten Teile der Photoresistschicht gegen ein Wegätzen geschützt werden. Anschließend wird ein geeigneter Leitungstypmodifikator durch die Fläche 36 zur Ausbildung der Zone 24 hindurch diffundiert. Dies kann durch Erhitzen des Siliziumplättchens 20 in Boroxyddämpfen geschehen, so daß der unter der Fläche 36 liegende Teil des Plättchens vom η-leitenden in den p-leitenden Zustand übergeführt wird. Dauer und Temperatur dieses Diffusions-Schrittes wird so gewählt, daß die p-Zone eine Tiefe von etwa 1,5 Mikrometer bekommt. Damit ist die Basiszone 24 gebildet. Wegen der seitlichen Diffusion des Bor schließt die p-leitende Zone 24 sich an die ρ+ -leitende bordiffundierte Zone 28 an.

Ohne Veränderung der Ausbildung der Maskenschichten 33 und 60 wird das Plättchen 20 nun in den Dämpfen eines Leitungstypsmodifikators wie Phosphor, Arsen, Antimon od. dgl., der in der Lage ist, einen Teil der p-leitenden Zone 24 in die n⁺-leitende Zone 22 (wie Fig. 11 zeigt) umzuwandeln, behandelt. Hierzu wird das Plättchen 20 in Dämpfen von Phosphor-Pentoxyd (P₂O₅) bei etwa 1025° C etwa 10 Minuten lang erhitzt? Die so gebildete η+-Emitterzone 22 hat eine Tiefe von etwa 0,75 Mikrometer.

In der vorbeschriebenen Weise schließt sich nun ein weiteres photolithographisches Verfahren an, bei dem nur der Teil des Photoresistüberzugs über der Fläche 36 belichtet wird, und der nachfolgende Ätzschritt wird zur Entfernung der Teile der Schicht 60, welche die Flächen38 bedecken (Fig. 11), sorgfältig kontrolliert. Das Plättchen 20 enthält so die gewünschten Leitungstypzonen 22, 24, 26 und 28 und ist von einer Isolierschicht 30 überzogen, die aus den Resten der verschiedenen Schichten 33, 40 und 60 besteht und über den Flächen 36 und 38 Öffnungen aufweist. Die Oberflächenkontakte 31 und 32 (F i g. 1 und 2) werden dann durch übliche Metallierungsverfahren ausgebildet. Beispielsweise kann ein Überzug aus einem leitenden Metall, wie Aluminium, Gold od. dgl., auf der Oberfläche des Plättchens 20 durch irgendein übliches Verfahren wie Aufdampfen, Elektroplattieren, stromloses Plattieren usw. abgelagert werden. Im vorliegenden Fall ist das Metall Aluminium, das aufgedampft wurde. Dann werden durch übliche Masken und Ätztechniken Teile der Metallschicht entfernt, so daß eine Aluminiumschicht in Berührung mit den freiliegenden Oberflächen der Bereiche 22 und 28 zurückbleibt, die getrennte Metallkontakte oder Elektroden 31 und 32 bildet.

Natürlich läßt das erfindungsgemäße Verfahren auch zahlreiche Abwandlungen zu. Beispielsweise können vor dem Aufbringen der Maskenschicht 60,

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wie sie an Hand der F i g. 8 und 9 beschrieben ist, Teile der Maskenschicht 40 entfernt werden, wobei die Maske 60 unmittelbar auf die Oberfläche des Plättchens 20 aufgebracht wird, wie Fig. 12 zeigt. Die Difiusionsfläche 38 wird dann durch die Schicht 40 verschlossen, wobei die Diffusionsfläche 36 durch die beiden Schichten 40 und 60 abgedeckt ist und die Begrenzungselemente 42 drei Schichten 33,40 und 60 umfassen. Dann werden die beiden Schichten 40 und 60 zur Öffnung der Diffusionsfläche 36 entfernt. Ein Vorteil dieser Abwandlung liegt darin, daß ein Schritt im Fabrikationsprozeß entfallen kann. Bei der ersten Ausführungsform ist dagegen vorteilhaft, daß bei jedem der Öffnungsschritte für die Flächen 36 nur eine einzige Maskenschicht vorliegt. Größere Genauigkeit bei den Öffnungen läßt sich im allgemeinen erreichen, wenn man die Maskenschichten so dünn wie möglich macht.

Bei einer weiteren Abwandlung umfaßt die erste, Maskenschicht 33 Siliziumnitrit, in das unter Anwendung von Flußsäure Öffnungen selektiv geätzt werden, und die folgenden Schichten 40 und 60 bestehen aus Siliziumdioxyd. Die Siliziumdioxydschichten lassen sich selektiv mit wäßriger Lösung von Flußsäure ätzen, die mit Ammoniumfluorid (NH₄F) gepuffert ist, wobei das Siliziumnitrit nicht angegriffen wird. Während der selektiven Entfernung der Siliziumdioxyd-Überzüge besteht nur eine sehr geringe Möglichkeit, daß von der ersten Maskenschicht 33 in unerwünschter Weise Teile weggeätzt werden.

Ein Vorteil dieser Abwandlung ist darin zu sehen, daß eine extrem dünne Maskenschicht 33 verwendet werden kann, wie es manchmal zu wünschen ist. Da die Siliziumnitritschicht 33 durch das zum selektiven Entfernen der Siliziumdioxydschichten 40 und 60 verwendete Ätzmittel m'cht angegriffen wird, kann sie so dünn sein, wie es sich mit den Erfordernissen der Diffusionsmaskierung verträgt.

Bei einer nicht dargestellten anderen Abwandlung wird nach dem Öffnen der Diffusionsflächen 38 und der Ausbildung der Zonen 28 durch einen ersten Diffusionsschritt (F i g. 8) die Diffusionsfläche 36 geöffnet, und der zweite Diffusionsschritt wird bei offener Diffusionsfläche 38 durchgeführt. Je nach dem verwendeten Leitungstypmodifikator wird der Leitungstyp eines Teiles der Zone 28 gleichzeitig mit der Bildung der Zone 24 in den entgegengesetzten Leitungstyp umgewandelt.

Die Erfindung schafft Mittel und Verfahren zur Überwindung der durch das Ausrichten der Schablonen und durch das menschliche Auge gegebenen Beschränkungen durch die Kontrolle des Abstandes zwischen nebeneinander befindlichen Flächen durch die Verwendung einer einzigen Photomaske zur gleichzeitigen öffnung aller Flächen in dem Oxydüberzug.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 wird nach dem erneuten Abdecken der Flächen mit Patentansprüche: einer Diffusionsmaskenschicht die Photomaske so verschoben, daß nunmehr die Abbildung der zwei-

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter- ten Fläche genau über der wieder abgedeckten ersten bauelements, bei welchem auf eine Oberfläche 5 Fläche liegt. Nach einem weiteren Ätzvorgang enteines Halbleiterkörpers eine erste Diffusions- steht also jeweils genau an der gewünschten Stelle maskenschicht aufgebracht wird, in der unter innerhalb der ersten Fläche eine zweite Diffusions-Verwendung einer einzigen Photomaske eine fläche. Wegen der besonderen Ausgestaltung der einerste und eine zweite Diffusionsfläche freigelegt zigen Photomaske liegt jeweils neben dem fertig difwird, und bei welchem auf die Oberfläche des io fundierten Element die beim ersten Verfahrensschritt Halbleiterkörpers eine zweite, die freigelegten zwangläufig miterzeugte zweite Diffusionsfläche und Flächen wieder abdeckende Diffusionsmasken- die beim zweiten Verfahrensschritt miterzeugte erste schicht aufgetragen wird, dadurch gekenn- Diffusionsfläche. Hierdurch wird viel Platz auf dem zeichnet, daß nach erneutem Freilegen nur Halbleiterkörper verschwendet, was ein großer Nachder ersten Diffusionsfläche (38) ein erstes Dotie- 15 teil des bekannten Verfahrens ist.

rungsmaterial durch diese Fläche in den Halb- Weiterhin ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift

leiterkörper (20) diffundiert wird, und daß an- 1166 935), eine genaue gegenseitige Ausrichtung der

schließend auf die Oberfläche des Halbleiter- verschiedenen Abbildungen auf zwei Photomasken

körpers eine dritte Diffusionsmaskenschicht (6Ö) dadurch zu erreichen, daß beide Photomasken mit

aufgebracht wird, welche die erste Diffusions'- 20 ein und derselben Vorlage hergestellt werden, auf

fläche wieder bedeckt und die Dicke der die Dif- welcher die beiden Bilder verschiedene Farben

fusionsflächen begrenzenden Maskenschicht ver- haben. Nachteilig ist hierbei insbesondere, daß

stärkt, worauf die zweite Diffusionsfläche (36) wegen der Verwendung von zwei Photomasken

wieder freigelegt und durch diese Fläche ein zwei- immer noch Schwierigkeiten der genau gleichen Aus-

tes Dotierungsmaterial in den Halbleiterkörper 25 richtung bezüglich des Halbleiterkörpers auftreten.

eindiffundiert wird. Die Verwendung normaler Schablonen für die

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Ausrichtung und Fixierung bei der Ausbildung von kennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (20) aus Öffnungen in einer Oxidmaskenschicht und der BeSilizium, die drei Maskenschichten (33, 40 und Stimmung der Öffnungsabstände stößt jedoch auf 60) aus Siliziumoxid bestehen, wobei die zweite 3° Schwierigkeiten, wenn Toleranzen von '/» Mikro- und dritte Maskenschicht (40 bzw. 60) aus der meter oder weniger einzuhalten sind.
Dampfphase niedergeschlagen sind. Bei einem Hochfrequenz-npn-Transistor wird beispielsweise eine Fläche für die Diffusion des Emitters und der Basis und zwei beiderseits dieser liegende

35 Flächen für die p⁺-Diffusion der einen niedrigen

Widerstand habenden Verbindungen zur Basis des Transistors verwendet. Die erste Diffusionsfläche ist

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstel- beispielsweise eine Öffnung von 2 Quadratmikrolen eines Halbleiterbauelements, bei welchem auf meter, die je 1,5 Mikrometer von den beiden anderen eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine erste 40 Öffnungen durch einen Oxidmaskensteg entfernt ist. Diffusionsmaskenschicht aufgebracht wird, in der Eine unter den Oxidsteg erfolgende seitliche Diffuunter Verwendung einer einzigen Photomaske, eine sion führt zu einem Überlappungsbereich von minerste und eine zweite Diffusionsfläche freigelegt destens einem halben Mikrometer zwischen dem wird, und bei welchem auf die Oberfläche des Halb- Basisbereich und dem p+-Bereich. Die Herstellung leiterkörpers eine zweite, die freigelegten Flächen 45 von Bauelementen mit derartig engen Toleranzen ist wieder abdeckende Diffusionsmaskenschicht auf- kritisch. Wenn bei der Ausrichtung Fehler von nur getragen wird. 0,5 Mikrometer im Abstand zwischen den Emitter-Aus der Zeitschrift »Electronics« vom 22. Fe- und Basisflächen und jeder der beiderseitigen bruar 1965 ist ein Verfahren zur Herstellung eines p⁺-Matrix-Diffusionszonen auftritt, so erfolgt keine Halbleiterbauelements bekannt, bei welchem auf 50 Verbindung zwischen der Basiszone und der p~-Zone einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine erste auf beiden Seiten, so daß der Basiswiderstand größer Diffusionsmaskenschicht aufgebracht wird, in der wird. Auf der gegenüberliegenden Seite würden daunter Verwendung einer einzigen Photomaske eine gegen die Basis- und Emitterzonen in die p⁺-Zone erste und eine zweite Diffusionsfläche freigelegt hineinreichen. Beide Erscheinungen führen zu einer wird, und bei welchem auf die Oberfläche des Kör- 55 Verschlechterung der Hochfrequenzeigenschaften des pers eine zweite, die freigelegten Flächen wieder ab- Transistors.

deckende Diffusionsmaskenschicht aufgetragen wird. Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung

Die Photomaske ist dabei so ausgebildet, daß die eines Verfahrens, bei dem diese kritischen Abstände

Bilder der beiden Flächen, die auf dem Halbleiter- zwischen den verschiedenen Diffusionsflächen eines

bauelement übereinander anzuordnen sind, neben- 60 Halbleiterbauelementes, wie eines Hf-Transistors,

einanderliegen. bei seiner Herstellung genau eingehalten werden

Nach dem ersten Ätzvorgang entstehen also auf können.

dem Halbleiterkörper zwei nebeneinanderliegende Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Her-Diffusionsflächen, und das Herstellungsverfahren stellen eines Halbleiterbauelements, bei welchem auf spielt sich dann so ab, daß zunächst durch diese 65 eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers eine erste beiden Flächen Dotierungsmaterial in den Halb- Diffusionsmaskenschicht aufgebracht wird, in der leiterkörper diffundiert wird. Um nun eine zweite unter Verwendung einer einzigen Photomaske eine Diffusionsfläche innerhalb der ersten anzuordnen, erste und eine zweite Diffusionsfläche freiseiest wird.