DE1639450C3 - Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauclemenles, bei dem die Oberfläche eines Halblciterkörpers mit einer maskierenden Oxyd- «chicht versehen wird, in die Öffnungen zur Eindiffulion von im Halbleiterkörper Zonen bestimmten Leitungstyps bildenden Störstellen eingebracht werden; vgl. die DT-AS 10 80 697.

Zur Herstellung von Transistoren und integrierten Schaltungen findet heute fast ausschließlich die Planartlechnik Anwendung. Hierbei wird von einem scheibenförmigen Halbleiterkörper ausgegangen, in den Halbleiterbauelemente durch Diffusionsprozesse von einer Oberflächenseite aus eingebracht werden. Die Oberfläche des Halbleiterkörpers wird zunächst mit einer Oxydschicht, beispielsweise aus Siliziumdioxyd, überzogen. Auf diese Oxydschicht wird eine isolierende Schicht aus einem im Handel erhältlichen Photolack aufgebracht, die so belichtet und entwickelt wird, daß tier riioiölack an den für die Eindiffusion von Sförstcilen in den Halbleiterkörper vorgesehenen Oberflächenbereichen von der Oxydschicht entfernt wird. Diese frei liegenden Bereiche der Oxydschicht werden anschließend mit einer geeigneten Ätzlösung abgetragen, so daß in einem Diffusionsofen Störstellen, die im Halbleiterkörper Zonen bestimmten Leitungstyps erzeugen, durch die öffnungen in der Oxydschicht in den Halbleiterkörper eindiffundiert werden können. Soll in eine erste in den Halbleiterkörper eindiffundierte Zone eine oder mehrere Zonen anderer Dotierung oder eines anderen Leitungstyps eingebracht werden, so werden zunächst in der Oxydschicht die beim ersten Ditfusionsnrozeß verwendeten Diffusionsfenster durch die Vervollständigung der Oxydschicht wieder geschlossen und die bereits oben beschriebenen Verfahrensschriue

wiederholt. .

Nach der Beendigung sämtlicher Maskierungs-, Atz- und Diffusionsprozesse werden in die auf dem Halbleiterkörper befindliche Oxydschicht Kontakiierungsfenster eingebracht, in denen die einzelnen Halbleiterzonen mit ohmschen oder sperrenden Metallboden elektrisch kontaktiert werden. Die Metallkontakte erstrecken sich vielfach in Form von Leitbahnen oder Anschlußflächen auf die Oxydschicht. Außerdem können auf der Oxydschicht die einzelnen Bauelemente durch Leitbahnen miteinander zu einer Schallung verknüpft werden, wobei in die Schaltung gegebenenfalls auf die Oxydschicht aufgedampfte Schichtwiderstände oder Schichtkondensatoren einbezogen werden.

Bei der Herstellung von integrierten Schallungen und Transistoren ist der fertigungsbedingte prozentuale Ausfall ein entscheidender Kostenfaktor.-Es hat sich gezeigt, daß vielfach auf der Oxydschicht verlaufende Leitbahnen verschiedene Zonen im Halbleiterkörper kurzschließen. Bei integrierten Schaltungen, deren Halbleiterbereiche vom einen Leitungstyp durch Separationsdiffusionszonen vom anderen Leitungstyp voneinander petrennt sind, ist eine häufige Ausfallursache eine zu geringe Separationssperrspannung. In Versuchen konnte festgestellt werden, daß Gefügestörungen oder Löcher in der maskierenden Oxydschichl eine der häufigsten Ausfälle verursachende Fehlerquelle ist. So ist es beispielsweise unvermeidbar, daß in Photolackschichten Störungen und Löcher auftreten, durch die an einzelnen unerwünschten Steilen die Oxydschichl unmaskiert bleibt, so daß bei dem nachfolgenden Ätzprozeß kleinere Löcher in der Oxydschicht gebildet werden. Durch diese Löcher in der Oxydschicht können Störstellen diffundieren, die im Halbleiterkörper an dafür nicht vorgesehenen Stellen kleine Diffusionszonen erzeugen, durch die beispielsweise die Sperrspannung einer benachbarten Sperrschicht erheblich reduziert wird. Wird bei der Kontaktierung eine Leitbahn auf die Oxydschicht aufgedampft, so kontaktiert diese Leitbahn die Halbleiteroberfläche an den Stellen fehlerhafter Oxydschichten, so daß hierdurch unerwünschte Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Halbleiterzonen oder Bauelementen verursacht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die unvermeidliche Ausbildung von Löchern oder Gefügestörungen in maskierenden Oxydschichten unschädlich zu machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß vor der Eindiffusion der Störstellen die durch die Öffnungen freigelegten Oberflächenteile des Halbleiterkörpers mit einer isolierenden Schicht überzogen werden, daß auf die Oxydschicht und die isolierende Schicht eine weitere Oxydschicht aufgebracht und der auf der isolierenden Schicht befindliche Teil dieser weiteren Oxydschicht zusammen mit der isolierenden Schicht wieder entfernt wird.

Auf diese Weise werden die in der zuerst aufgebrachten Oxydschicht befindlichen Löcher durch die zweite Oxydschicht überdeckt. Dies ist auch dann der Fall, wenn auf der ersten Oxydschicht befindliche Lackreste an kleinen Stellen eine Bildung der zweiten Oxydschicht verhindern, da die Wahrscheinlichkeit, daß eine Slörstelle in der ersten Oxydschicht und eine Störstelle in der zweiten Oxydschicht zusammenfallen, extrem klein ist.

Das erfindungsgemäßa Verfahren wird im weiteren

an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Die F i g. 1 bis 5 stellen verschiedene Herstellungsphasen eines Transistors in einem integrierten Schaltkreis dar. Bei den Figuren handelt es sich um .Schnittdarstellungen.

Die F i g. 1 zeigt beispielsweise einen Siliziumhalbleiterkörper 1, der eine p-leitende Crunddotierung aufweist. Die auf einer Oberflächenseite de;, Halbiciterkörpers angeordneten η-dotierten Bereiche 3 sind durch hochdotierte ρ+ -leitende Schrationsdiffusionszonen 2 elektrisch voneinander isoliert. Der Halbleiterbereich 3 dient als Koilektorzone eines Transistors, zu dessen Fertigstellung in die Kollektorzone noch eine Basis- und eine Emitterzone eindiffundiert werden muß. Die Halbleiteroberfläche wird mit einer durch thermisehe Oxydation, Aufdampfung oder pyrolytische Abscheidung hergestellten Siliziumdioxyds^hicht 4 bedeckt, auf die eine PhotoJackschicht aufgebracht wird. Diese Photolackschicht wird so belichtet und entwikkelt. daß der über dem herzustellenden Diffusionsfenster befindliche Teil der Lackschicht entfernt wird. Der so freigelegte Teil der Oxydschichl wird mit gepufferter Flußsäure ausgeätzt. Danach wird die auf der Oxydschicht verbliebene Photolackschicht abgelöst. Wenn in dieser Lackschicht Löcher vorhanden waren, entstehen während des Ätzens der Diffusionsfenstcr zusätzliche Löcher 6 im Oxyd.

Gemäß F i g. 2 wird das Basisdiffusionsfenster 5 vor der Eindiffusion der Basiszone mit einem Photolackfleck 7 verschlossen und auf die gesamte Oberflächenseile des Halbleiterkörpers eine weitere Oxydschicht 8, vorzugsweise bei Temperaturen unter 300⁰C aufgedampft, aufgestäubt oder pyrolytisch abgeschieden. Der auf dem Photolack 7 befindliche Teil 9 dieser zweiten Oxydschicht, die beispielsweise aus Siliziumdioxyd besteht, wird in einem Lacklösungsmittel zusammen mit dem Lackfleck 7 entfernt. Die in der Oxydschicht 4 vorhandenen Löcher 6 werden somit von der Oxydschicht 8 überdeckt und verschlossen. Danach wird gemäß F i g. 3 durch das Basisdiffusionsfenster 5 in den Halbleiterbereich eine p-leitende Basiszone 10 eindiffundiert. Zur Eindiffusion der Emitterzone in die Basiszone wird zunächst das Basisdiffusionsfenster wiederum mit einer Oxydschicht 11 verschlossen und in diese neugebildete Oxydschicht mit Hilfe des Photolack- und Atzverfahrens ein Emitterdiffusionsfenster 12 eingebracht. Das Emitterdiffusionsfenster wird gemäß F i g. 4 mit einem Photolackfleck 13 abgedeckt und auf die gesamte Oberflächenseite des Halbleiterkörpers wird eine weitere Siliziumdioxydschicht 14 aufgedampft, abgeschieden oder aufgestäubt. Der über dem Lackfleck 13 befindliche Teil 15 dieser neu gebildeten Oxydschicht 14 wird wiederum zusammen mit dem Photolackfleck in einem geeigneten Lacklösungsmittel entfernt. Durch die Oxydschicht 14 werden Löcher oder Gefügestörungen in der Oxydschicht 11 ^F ig. 3) gleichfalls überdeckt. In der F i g. 5 ist die FIaIbIt iteranordnung mit dem in den Oxydschichten befindlichen FmiuerdiffusionsfenMer 16 dargestellt, durch das die η-leitende Emitterzone 17 in die Basiszone 10 eindiffundiert wird. Im Anschluß daran wird im allgemeinen das Emitterdiffusionsfenster wiederum mit einer Oxydschicht verschlossen, und es werden durch erneute Photolack- und Ätzprozesse Kontaktierungsfenster in die auf der Halbleiteroberfläche befindliche Oxydschichten zur Kontaktierung der Kollektor-, Basis- und Emitterzone eingebracht.

Das beschriebene Verfahren kann in besonders vorteilhafter Weise auch zur Herstellung der Scparationsdiffusionszonen 2 (Fig. 1) verwendet werden, wobei der Verfahrensablauf mit dem bei der beschriebenen Basisdiffusion identisch ist, wenn man davon absieht, daß die Diffusionsfenster über anderen Bereichen der Halbleiteroberfläche angeordnet sind. Da bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen in einer möglichst kleinen Fläche eine möglichst große Zahl verschiedener Halbleiterbauelemente untergebracht werden muß, ist man bestrebt, die Abmessungen der voneinander isolierten, beispielsweise n-leitenden Halbleiterbereiche 3 (Fig. 1) sehr klein zu wählen. Hierdurch wird die Gefahr, daß Löcher im Oxyd bei dem erforderlichen Separationsdiffusionsprozeß den Ausfall der Halbleiterschaltung bedingen, besonders groß, da die Sperrschichten sehr nahe bccinander liegen und durch die geringste Veränderung des Abstundes zwischen zwei Sperrschichten Sperrsiröme, Sperrspannungen, Widerstandswerte und Isolationsspannungen in unzulässigem Ausmaß verändert werden. Diese Nachiciie werden durch das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß vor jedem Diffusionsprozeß zwei übereinander angeordnete Oxydschichten gebildet werden, wobei unerwünschte Löcher in der zuerst aufgebrachten Oxydschicht durch die danach gebildete Oxydschiciu wiederum verschlossen werden. Hierdurch kann die prozentuale Ausfallrate serienmäßig hergestellter Transistoren und integrierter Schaltkreise wesentlich reduziert werden, da Löcher oder Gefügestörungen im Oxyd, die vielfach als »pin-holes« bezeichnet werden, als Ausfallursache ausscheiden. Die Dicken der Oxydschichten werden vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 μηι gewählt. Das erfindungsgemäßc Verfahren beschränkt sich nicht allein auf die Anwendung bei der Herstellung von Siliziumhalbleiterbauelementen, sondern kann sinngemäß bei der Herstellung von Bauelementen eingesetzt werden, deren Halbleitergrundkörper aus Germanium oder einem Verbindungshalbleiter besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hersteiien eines Haibieiierbauelementes, bei dem die Oberfläche eines Halbleiterkörpers mit einer maskierenden Oxydschicht versehen wird, in die Öffnungen zur Eindiffusion von im Halbleiterkörper Zonen bestimmten Leitungstyps bildenden Störstellen eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor to der Eindiffusion der Störstellen die durch die Öffnungen freigelegten Oberflächemeile des Halbleiterkörper mit einer isolierenden Schicht überzogen werden, daß auf die Oxydschicht und die isolierende Schicht eine weitere Oxydschicht aufgebracht und der auf der isolierenden Schicht befindliche Teil dieser weiteren Oxydschicht zusammen mit der isolierenden Schicht wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Öffnungen freigelegten Oberflächenteile des Halbleiterkörpers mit Photolack überzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumdioxydschichten aufgebracht werden. *5

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zuletzt aufgebrachte Oxydschicht durch Aufdampfen, Zerstäubung oder pyrolytische Abscheidung erzeugt wird.

5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von integrierten Schaltungen oder Transistoren.