DE1764065A1 - A method of manufacturing a semiconductor device - Google Patents
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Description
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. Dez. 1969. Dec 1969
Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter-Method for producing a semiconductor
einri cntungarrangement
Die Erfindung bezieht eich auf ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, insbesondere auf eine Methode zur Anordnung einer filmartigen selektiven Diffusionsmaske auf einer Hauptfläche eines Halbleitergrundkörpers und zur Erzeugung von Halbleiterbestandteilzonen darin«The invention relates to an improved method for manufacturing a semiconductor device, in particular a method for arranging a film-like one selective diffusion mask on a main surface of a semiconductor base body and for generating semiconductor component zones in this"
Allgemein ist es den Fachleuten auf dem Planarteohnikgebiet gut bekannt, die Diffusionsbehandlung bei einer Hauptfläche eines Halbleitergrundkörpers anzuwenden, indem der Verunreinigungsmaskeneffekt einer Isolierschicht, wie z. B. Siliziumdioxydschicht, ausgenutzt und dadurch einige Halbleiterbestandteilzonen darin gebildet werden» Entsprechend einem Beispiel früherer Selektivdiffusionsmethoden wird ein P-Typ-Siliziumgrundkörper, dessen Hauptfläche selektiv mit einer thermisch aufgewachsenen Siliziumdioxydschicht bedeckt ist, für eine bestimmte Zeit in einem auf etwa 1100 C gehaltenen Ofen angeordnet, der mit strömendem Phosphordampf gefüllt ist. Es wird in der Oberflächenzone des Grundkörpers, die nicht mit dieser Schicht bedeckt ist, eine N-Typzone gebildet. Durch Anwendung von Hitze bei der Diffusionsbehandlung wächst einIt is common to those of skill in the planar science field It is well known to apply the diffusion treatment to a main surface of a semiconductor base body by the pollution mask effect of an insulating layer, such as e.g. B. silicon dioxide layer, exploited and thereby some semiconductor component zones are formed therein » According to an example of earlier selective diffusion methods, a P-type silicon base body, its major surface is selectively covered with a thermally grown silicon dioxide layer for a certain time in placed in a furnace maintained at about 1100 C, which is filled with flowing phosphorus vapor. It will be in the Surface zone of the base body that is not covered with this layer, an N-type zone is formed. By application from heat during diffusion treatment grows in
ΝβίΙβ UnterlayCil (Art. / % J Ab·. 2 Nr. l Satz 3 des Änderunfleges. v. 4. Ü. 1357)ΝβίΙβ UnterlayCil (Art. / % J Ab ·. 2 No. 1 sentence 3 of the amendment of the 4th ct. 1357)
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neuer Siliziumdioxydfilm auf der nicht mit der Silizium-· dioxydschicht bedeckten Oberfläche auf. So wird die Einführung von Phosphor in die Oberfläche des Grundkörpers reduziert. Daher war es schwierig, eine Massenproduktion von diffundierten Zonen zu erhalten, die ein· exakt vorgeschriebene Verunreinigungskonzentration aufweisen.new silicon dioxide film on the not with the silicon Dioxide-covered surface. So will the introduction of phosphorus into the surface of the body reduced. Therefore, it has been difficult to mass-produce diffused zones having an accurately prescribed impurity concentration.
Als eine verbesserte Methode zur selektiven Diffusion wurde die Niederschlagdiffusionsmethode entwickelt. Zunächst werden Phosphor bei etwa 1000 0C auf einer ausgewählten Oberflächenzone eines Grundkörpera und eine Siliziumdioxydschicht niedergeschlagen, die eine andere Oberflächenzone des Grundkörpers bedeckt. Anschließend wird eine Wärmebehandlung in einer feuchten Sauerstoffatom Sphäre bei etwa 1100 0C angewandt, um den niedergeschlagenen Phosphor in die Oberfläche des Grundkörpers einzuführen. Obwohl dieses Verfahren den Vorteil der ziemlich genauen Steuerung der Verunreinigungskonzentration der diffundierten Zone hat, erfolgt, wenn die Maske der Siliziumdioxydschioht als dünn angenommen wird und eine tief diffundierte Zone erwünscht ist, eine Herausdiffusion des niedergeschlagenen Phosphors. Welter reicht «ine Miβchglasschicht, die durch Niederschlagen von Phosphor und Siliziumdioxyd gebildet ist, zur Oberfläche des Grundkörpers. Dabei wird es ziemlich schwierig! eine diffundierte Zone mit einer gewünschten VerunreinigungskonaentrAtion zu erhalten. Der Maskeneffekt aufgrund der SiIiziumdioxydsohicht kann nicht als wesentlich erwartet werden. Sine Phosphor enthaltende Schicht wird ungünstigerweise auf der Oberfläche des Grundkörpers gebildet, die) mit der Sillziumdioxydaohioht bedeckt ist.The precipitation diffusion method was developed as an improved method for selective diffusion. First, phosphorus is deposited at about 1000 ° C. on a selected surface zone of a base body and a silicon dioxide layer which covers another surface zone of the base body. A heat treatment is then applied in a moist oxygen atom sphere at about 1100 ° C. in order to introduce the precipitated phosphorus into the surface of the base body. Although this method has the advantage of fairly precisely controlling the impurity concentration of the diffused zone, if the mask of the silica film is assumed to be thin and a deeply diffused zone is desired, then diffusion of the precipitated phosphorus occurs. A glass layer, which is formed by the deposition of phosphorus and silicon dioxide, extends to the surface of the base body. It will be quite difficult! to obtain a diffused zone with a desired contamination concentration. The mask effect due to the silicon dioxide layer cannot be expected to be significant. Its phosphorus-containing layer is unfavorably formed on the surface of the base body which is covered with the silicon dioxide.
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werden von der Bildung einer Glasschicht, welche Phosphor einer beträchtlich hohen Konzentration enthält, auf der Oberfläche der Siliziumdioxydschioht, die als Maske dient, begleitet. Wenn ein die Oberfläche des Grundkörpers erreichendes Loch mittels Fotoätzung durch die Glasschicht und die Siliziumdioxydschicht darunter hergestellt wird, tritt das Problem der Überätzung oder Seitenätzung auf, da die Ätzgeschwindigkeit eines Ätzmittels aus dem HP-HNO--System für die Glasschicht etwa 10 mal so groß wie für die Siliziumdioxydschicht ist. Diese Erscheinung sollte, da sie unerwünschte Einflüsse auf die Eigenschaften der Halbleiteroberfläche, die Erzeugung einer Elektrodenschicht und die Eigenschaften eines Schutzüberzuges usw. ausübt, vermieden werden.are from the formation of a glass layer, which is phosphorus contains a considerably high concentration, on the surface of the silicon dioxide layer, which serves as a mask, accompanied. When a hole that reaches the surface of the base body is photo-etched through the glass layer and the silicon dioxide layer is made underneath, the problem of overetching or side etching occurs, because the etching speed of an etchant from the HP-ENT system for the glass layer is about 10 times as large as for the silicon dioxide layer. This phenomenon should, as it has undesirable effects on the properties the semiconductor surface, the creation of an electrode layer and the properties of a protective coating, etc. exercising should be avoided.
Veiter wird im Fall der Niedersohlagsdiffuslonsmethode oder der einfachen Dampfphasendiffusionsmethode unabhängig von flacher oder tiefer Diffusion ein Phosphorsilikatglas «it Phosphor von beträohtlich hoher Konzentration auf der Siliziumdioxydschicht gebildet. Während dieses Glas den Vorteil der stabilen Steuerung der Zahl von Oberflächendonorniveaus in der Oberfläche des Siliziumgrundkörpers hat, kann es keine gute Oberflächenpassivierschicht sein, da es äußerst starke hygroskopische Eigenschaften aufweist. Es wurde vorgeschlagen, eine andere Passivierungsschicht auf der Oberflächenschicht des Glases aufzubringen, die einer äußeren Atmosphäre ausgesetzt ist, oder die Oberflächenschicht zu entfernen. Diese Verfahren haben eine Bedeutung, das Problem der hygroskopischen Eigenschaften zu lösen, obwohl das erstere ein übermäßiges Ätzen mit sich bringt, und das letztere eine stabile Kontrollquelle für die Donorniveauzahl beseitigt. Um indessen die elektrischen Eigenschaften undAccording to Veiter, in the case of the low-level diffusion method or the simple vapor-phase diffusion method, a phosphosilicate glass with a considerably high concentration of phosphorus is formed on the silicon dioxide layer, regardless of shallow or deep diffusion. While this glass has the advantage of stable control of the number of Has surface donor levels in the surface of the silicon base body, it cannot be a good surface passivation layer because it has extremely strong hygroscopic properties. It was suggested another To apply a passivation layer on the surface layer of the glass that is exposed to an external atmosphere, or to remove the surface layer. These methods have a meaning in solving the problem of the hygroscopic property, though the former entails excessive etching, and the latter eliminates a stable source of control for the donor level number. Meanwhile, the electrical properties and
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dia Verläßlichkeit dar erzeugten Halbleiterelemente zu verbessern, ist as heute erfordernoh, eine stabile Passivierungsschicht cn schaffen, die keine solchen sekundären Probleme mit sich bringt und verringerte hygroskopische Eigenschaften aufweist·the reliability of the semiconductor elements produced What is required today is to create a stable passivation layer cn which does not entail such secondary problems and has reduced hygroscopic properties
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren anzugeben, alt de« eine Halbleitereinrichtung mit ausgezeichneten elektrlsehen Eigenschaften mit Hilfe einer durch einen Schutzüberzug stabilisierten Oberfläche wirksam her«teilbar ist, die Zelt, während der eine auf der die Oberfläche das Halbleitergrundkörperβ bedeckenden Sohl oh t aus einer anorganischen Slllzlumverbindung angeordnete, eine leitfähigkeitsbestimmende Verunreinigung enthaltende 61asβchioht eine Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers erreicht, verlängert wird, eine neue Art von cur Erzielung einer verhältnismäßig tiefen Diffuslonsechioht in einem Halbleitergrundkörper geeigneter selektiver Diffusion geschaffen wird und das eeitllohe Xtzen eines auf einem Halbleitergrundkörper angeordneten SehutzUberzuges verringert wird. /The invention is based on the object of specifying an improved method by which a semiconductor device with excellent electrical properties can be effectively produced with the aid of a surface stabilized by a protective coating the one on which the surface is the semiconductor base body covering sole without an inorganic slurry compound, containing a conductivity-determining impurity, a surface of a Semiconductor base body is reached, is extended, a new kind of cur achievement of a relatively deep diffusion reflection in a semiconductor base body suitable selective diffusion is created and the eeitllohe Etching of a protective protective coating arranged on a semiconductor base body is reduced. /
Diese Aufgabe wird im wesentlichen durch ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung durch selektives Einführen einer Verunreinigung in einen Halbleiterkörper durch ein in einer ersten Isolierschicht gebildetes Loch, die hauptsächlich aus einer anorganischen Siliziumverbindung besteht und den Körper bedeokt, von einer Schicht einschließlich der auf der Isolierschicht und im Loch niedergeschlagenen Verunreinigung zur Bildung einer diffundierten Zone im Halbleiterkörper mit dem Kennzeichen gelöst, daß dl· die Verunreinigung einschließende Sohioht mit einer hauptsächlich aus einer anorganischenThis object is essentially achieved by a method of manufacturing a semiconductor device by selectively introducing an impurity into a semiconductor body through a hole formed in a first insulating layer which is mainly composed of an inorganic silicon compound and covers the body from a layer including that on the insulating layer and The impurity deposited in the hole is dissolved to form a diffused zone in the semiconductor body with the characteristic that dl · encloses the impurity Sohioht with a mainly inorganic one
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Siliziumverbindung bestehenden zweiten Isolierschicht bedeckt wird und der so erhaltene Verbundkörper unter solchen Bedingungen erhitzt wird, daß sich eine die Verunreinigung und die anorganische Siliziumverbindung enthaltende Glasschicht bildet und die auf der ersten Isolierschicht niedergeschlagene Verunreinigung die Oberfläche des Körpers durch die erste Isolierschicht nicht erreicht.Silicon compound existing second insulating layer is covered and the composite body thus obtained under is heated in such a condition that a glass layer containing the impurity and the inorganic silicon compound is formed and the impurity deposited on the first insulating layer does not cover the surface of the body through the first insulating layer achieved.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem dieses Verfahren angewendet wird, sind die erste und die zweite Isolierschicht thermisch aufgewachsenes Siliziumdioxyd bzw· thermisch niedergeschlagenes Siliziumdioxyd. Die die Leitfähigkeit bestimmende Verunreinigung ist eine Donor-Verunreinigung, z. B. Phosphor.According to one embodiment of the invention, at in which this method is used, the first and second insulating layers are thermally grown silicon dioxide or thermally deposited silicon dioxide. The impurity that determines conductivity is a donor impurity, e.g. B. Phosphorus.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich zusammenhängend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele· Es zeigen«These and other features and advantages of the invention can be seen in a coherent manner on the basis of the drawings illustrated embodiments · show it «
Fig. 1 a und 1 b Querschnitte eines Halbleitergrundkörpers entsprechend einer bekannten slektiven Diffusionsmethode jFIGS. 1 a and 1 b show cross-sections of a semiconductor base body corresponding to a known slective Diffusion method j
Pig· 2 a bis 2 g Schnitte durch einen Transistor in den einzelnen Verfahrenssohritten naoh einem Aueführungsbeispiel der Erfindung)Pig · 2 a to 2 g sections through a transistor in the individual process steps near one Embodiment of the invention)
Fig. 3 eine Abwandlung des in Fig· 2 f dargestellten Transistors!FIG. 3 shows a modification of that shown in FIG. 2 f Transistor!
einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.another embodiment of the invention.
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Zum Verständnis der Erfindung wird eine kurze Erläuterung de· Standes der Teehnik anhand der Fig· I a und 1 b vorausgeschickt.To understand the invention, a brief explanation of the state of the art is given with reference to FIG and 1 b ahead.
Eine Hauptfläche eines Siliziumgrundkörper· 1 wird selektiv mit einer Siliziumdioxydsohioht 2 bedeckt. Der Grundkörper wird zunächst zwecks Niederschlagung einer dünnen Schicht 3, bestehend aus einer Verunreinigung wie Phosphor» auf etwa 1000 °0 erhitzt, wie in Flg. 1 a gezeigt ist. Gleichzeitig tritt eine dünne Diffusion·- sohleht k a auf· Danaoh wird die Temperatur zur Diffuaionstemperatur der Verunreinigung gesteigert» wodurch die dünne Diffusionssohioht k a in Fig. 1 a verteilt und eine diffundierte Sohicht k b in Fig. 1 b erhalten wird. Während des Diffusionsverfahrene wachet die dünne Schicht 3 a auf der Siliziumdioxydschieht 2 zu einer Sohicht 3 b aus Glas an, welches Phosphor enthält, und erreicht die Oberfläche des Grundkörpers 1 zur Bildung einer dünnen diffundierten Sohicht k ot die Phosphor enthält, darin, wie Fig. 1 b zeigt. Die Sohloht k ο ist unerwünscht, da sie einen schlechten Einfluß auf die gewünschte Funktion der Schioht k b ausübt, und selbst wenn die Sohicht k a funktioniert, let es aufgrund der verringerten Durohbruohaspannung de· erhaltenen PN-Überganges unpraktisch. Die Phosphor in einer beträchtlich hohen Konzentration enthaltende Glassohioh t zeigt eine große Xtzgesohwindlgkeit bei einem Xtzmlttel des HF-HNO_-Systems und die schon genannten hygroskopischen Eigenschaften· Ea ist anhand der Fig· 1 a und 1 b leiohter verständlich, daß die -vorerwähnten Tatsaohen bei der Herateilung guter Halbleitereinrichtungen unerwünscht sind·A main surface of a silicon base body 1 is selectively covered with a silicon dioxide resin 2. The base body is first heated to about 1000 ° 0 for the purpose of deposition of a thin layer 3, consisting of an impurity such as phosphorus, as shown in FIG. 1 a is shown. At the same time, a thin diffusion layer k a occurs, the temperature is increased to the diffusion temperature of the impurity, whereby the thin diffusion layer k a is distributed in FIG. 1 a and a diffused layer k b in FIG. 1 b is obtained. During the diffusion traversed the thin layer 3 keep watch a on the Siliziumdioxydschieht 2 to a Sohicht 3 b on glass containing phosphorus, and reaches the surface of the base body 1 to form a thin diffused Sohicht ko t the phosphor contains, therein, as shown in FIG. 1 b shows. The base k o is undesirable because it has a bad influence on the desired function of the layer k b, and even if the base k a works, it is impractical due to the reduced durometer tension of the PN junction obtained. The glass tube, which contains phosphorus in a considerably high concentration, shows a great deal of speed in the case of a medium of the HF-ENT system and the already mentioned hygroscopic properties can be understood from FIGS the distribution of good semiconductor devices are undesirable
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lizlumtransistors entsprechen anhand der Fig. 2 a bis 2 g einem Aueführungebeispiel der Erfindung·lizlumtransistors correspond to FIGS. 2 a to 2 g an embodiment of the invention
Zunächst wird ein N-Typ-Siliziumgrundkörper 11 mit einem Widerstand von etwa einigen Ω-cm hergestellt, wie Fig. 2 a zeigt. Auf einer Hauptfläche des Grundkörpers 11 wird eine Basiszone 13 mit einer Tiefe von etwa 5 /U und einer Verunreinigungekonzentration von 10 ' bis 10'9 Atomen je cra^ durch selektives Diffundieren einer Akzeptorverunreinigung, z. B. Bor erzeugt, wobei als Maske eine thermisch aufgewachsene Siliziumdioxydeohioht 12 von 5000 bis 10 000 & Dicke, selektiv auf der Hauptfläche angeordnet, verwendet wird· Die Bezugsziffer Ik bedeutet eine erste Isolierschicht von 2000 bis 3000 % Dicke, die hauptsächlich aus Siliziumdioxyd besteht und auf der Oberfläche des Grundkörpers beim Basisdiffusioneprozeß thermisch aufgewachsen ist. Die Oberfläche der ersten Schicht 1st oft verglast und enthält eine gewisse Menge Bor, Das die Oberflächen der Schichten 12 und 14 bedeckende Borsilikatglas wird, falls erforderlich, durch ein geeignetes Xtzmittel entfernt. Ein Teil 15 der Isolierschicht 14 wird unter Anwendung des üblichen Fotoätzverfahrens fotograviert, wie in Fig· 2 b gezeigt ist. Phosphor wird niedergeschlagen, wie aus Fig· 2 c zu ersehen ist. So treten eine Glasschicht 16 a von etwa 1000 A mit einem Phosphorgehalt und eine dünne Schicht 18 a, die mit Phosphor gedopt ist, auf. Diese Behandlung wird z. B. in einer auf etwa 1000 0C gehaltenen Reaktionskammer durchgeführt, durch welche POOl--Gas zusammen mit einem Trägergas, wie z· B. Sftuerstoff strömt. Es ist anzunehmen, daß die Glasschicht 16 a eine Mlschglasschicht ist, die Phosphorpentoxyd und Siliziumdioxyd enthält. Die dünne Schicht 18 a, die unter der Glasschioht i6 a erzeugt ist, hat eine Donorkonzentration vonFirst, an N-type silicon base body 11 with a resistance of about a few Ω-cm is produced, as FIG. 2 a shows. On a main surface of the base body 11, a base zone 13 with a depth of about 5 / U and an impurity concentration of 10 'to 10'9 atoms per cra ^ is created by selective diffusion of an acceptor impurity, e.g. As boron produced, as a mask, a thermally grown Siliziumdioxydeohioht 12 of 5000, is used to 10,000 & thickness, arranged selectively on the main surface · Numeral Ik represents a first insulating layer of 2000 to 3000% thickness which is mainly composed of silicon dioxide and is thermally grown on the surface of the base body during the base diffusion process. The surface of the first layer is often vitrified and contains a certain amount of boron. The borosilicate glass covering the surfaces of layers 12 and 14 is removed, if necessary, by a suitable etchant. A portion 15 of the insulating layer 14 is photo-engraved using the usual photo-etching process, as shown in Fig. 2b. Phosphorus is deposited as can be seen from Fig. 2c. Thus, a glass layer 16 a of about 1000 A with a phosphorus content and a thin layer 18 a that is doped with phosphorus occur. This treatment is z. B. carried out in the temperature held at about 1000 0 C the reaction chamber through which pool - gas together with a carrier gas, such as S · ft flows uerstoff. It can be assumed that the glass layer 16a is a mashed glass layer which contains phosphorus pentoxide and silicon dioxide. The thin layer 18 a, which is produced under the glass layer 16 a, has a donor concentration of
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etwa 10 Atomen je cm . Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wirdabout 10 atoms per cm. As shown in Fig. 2, eine zweite Isolierschicht niedergeschlagen, die hauptsächlich aus einer anorganischen Siliziumverbindung besteht und eine wesentliche Bedeutung bei der Ausführung der Erfindung hat. Zum Beispiel wird eine Siliziumdioxydschicht von etwa 4000 bis 10 000 Ä* Dicke auf der Glasschicht λ6 a vorzugsweise durch thermische Zersetzung von Organooxysilan, wie z. B. Tetraäthoxysilan in einer inerten Gasatmosphäre bei etwa 750 C niedergeschlagen. Der so erhaltene Körper wird in einer oxydierenden Atmosphäre auf etwa 1100 C erhitzt, um Phosphor in der dünnen Schicht 18 a in einen Teil der Basiszone 13 ·1η-zudiffundieren und eine Emitterzone 18 b zu bilden, wie in Fig. 2 e gezeigt ist· Während dieses Verfahrensβchrittes erweitert sich die Misohglasschicht 16 a zwischen den Sillzlumoxydsohiohten 12 und 17 und wandert mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit in der Richtung beider Dioxydechiohten. Als Ergebnis wächst die ursprüngliche Glassohioht 16 a von 1000 % Dioke zu einer Dicke von 1500 bis 2000 %■ an, d. h. sie wird zu einer ausgedehnten Glasschicht 16 b, wie in Fig. 2 e gezeigt ist, während die Konzentration des darin enthaltenen Phosphors absinkt. Die Wachstumsgeschwdndigkeit der Schicht 16 a nimmt infolge der Bildung der niedergeschlagenen Dioxydschicht 17 im Vergleich mit dem Wachstum ohne diese Schicht 17 um 60 ή» ab· Die Erhitvungszeit hängt von der Tiefe und der Verunreinigungskonzentration der gewünschten Emitterzone 18 b, der Dicke der Dioxydschicht auf der Basisschicht 13 und der Wachstumsgeschwindigkeit der Glassohioht 16 usw. ab. Im vorliegenden Fall wird, da die Waohstumsgesohwindigkeit, wie beschrieben, verringert wird, die Erhltzungezeit duroh die Tiefe und die Verunreinigungekonzentration der Emitterzone bestimmt. Zum Beispiel wirkt unter den obendeposited a second insulating layer, which consists mainly of an inorganic silicon compound and is of essential importance in the practice of the invention. For example, a silicon dioxide layer of about 4,000 to 10,000 Å * thickness on the glass layer λ6 a is preferably produced by thermal decomposition of organooxysilane, such as e.g. B. Tetraethoxysilane is precipitated in an inert gas atmosphere at about 750 C. The body obtained in this way is heated in an oxidizing atmosphere to about 1100 ° C. in order to diffuse phosphorus in the thin layer 18 a into part of the base zone 13 1η and to form an emitter zone 18 b, as shown in FIG. 2 e. During this process step, the misohglass layer 16a expands between the silicon dioxide oxides 12 and 17 and moves at an essentially uniform speed in the direction of both dioxydechiohtes. As a result, the original glass thickness 16a grows from 1000 % Dioke to a thickness of 1500-2000 % , that is, it becomes an expanded glass layer 16b, as shown in FIG. 2e, while the concentration of the phosphorus contained therein decreases . The growth rate of the layer 16 a decreases due to the formation of the deposited dioxide layer 17 in comparison with the growth without this layer 17 by 60 ή » Base layer 13 and the growth rate of the glass tube 16 and so on. In the present case, since the growth rate is reduced as described, the maintenance time is determined by the depth and the impurity concentration of the emitter region. For example, acts under the above
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erwähnten Bedingungen der Temperatur und Atmosphäre eine Stunde Erhitzung so, daß ein günstiges Ergebnis unter Schaffung einer Emitterzone mit einer Dicke von k /U undmentioned conditions of temperature and atmosphere one hour heating so that a favorable result with creation of an emitter zone with a thickness of k / U and
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einer Konzentration von 10 Atomen je cm erzielt wird. Dann wird, wie in Fig. 2 f gezeigt ist, eine ätzbeständige Maske 19» z> B0 eine Fotowiderstandsschicht, selektiv in enger Berührung mit der Oberfläche des aus der niedergeschlagenen Dioxydschicht 17t der Glasschicht 16 b und der thermisch gewachsenen Dioxydschichten 12 und 14 erhaltenen Schutzüberzuges gebildet. Die freie Oberflächenzone der Dioxydschicht 17 wird einem Ätzmittel des HF-HN0_-Sysfcems oder vorzugsweise einer wäßrigen Lösung von Ammoniumfluorid mit 50 % HF unterworfen, um ein die Emitterzone 18 erreichendes Loch 21 und ein die Basisregion 13 erreichendes Loch 22 zu erzeugen. Die Fotowiderstandsschicht wird durch ein geeignetes Lösungsmittel entfernt. Im letzten Verfahrensschritt wird unter Verwendung der wohlbekannten Vakuumverdampfung Aluminium auf den freien Oberflächen der Basis- und der Emitterzone und der zweiten Dioxydschicht 17 niedergeschlagen, um eine leitende Schicht zu bilden. Die erhaltene leitende Schicht wird dann zur Bildung einer Emitterelektrode 23 und einer Basiselektrode 24 fotograviert, wie in Figo 2 g gezeigt ist.a concentration of 10 atoms per cm is achieved. Then, as shown in Fig. 2f, an etch-resistant mask 19 »z> B 0, a photoresist layer selectively in close contact with the surface of the deposited dioxide layer 17t, the glass layer 16b and the thermally grown dioxide layers 12 and 14 is obtained Protective coating formed. The free surface zone of the dioxide layer 17 is subjected to an etchant of the HF-HN0_ system or preferably an aqueous solution of ammonium fluoride with 50% HF in order to produce a hole 21 reaching the emitter zone 18 and a hole 22 reaching the base region 13. The photoresist layer is removed with a suitable solvent. In the final process step, aluminum is deposited on the free surfaces of the base and emitter zones and the second dioxide layer 17 using the well-known vacuum evaporation in order to form a conductive layer. The conductive layer is then photo engraved to form an emitter electrode 23 and a base electrode 24, as shown in Figo g. 2
Im vorstehenden Aueführungsbeispiel sind die erste Isolierschicht, die hauptsächlich aus einer anorganischen Siliziumverbindung besteht, die zweite Isolierschicht und die den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung thermisch aufdgewachsenea Siliziumdioxyd, niedergeschlagenes Siliziumdioxyd und Phosphor. Selbst wenn die «rate Schioht beträchtlich dünn ist, erreicht die Glaeechicht 16 a nicht die Oberfläche der Basiszone, da die Wachstumsgesohwindigkeit der Glaeechicht 16 a duroh den Überzug der zweitenIn the above embodiment, the first insulating layer is composed mainly of an inorganic one Silicon compound exists, the second insulating layer and the impurity, which determines the conductivity type, is thermal grown up a silica, precipitated Silicon dioxide and phosphorus. Even if the «rate schioht is considerably thin, the glaze layer 16 does not reach a the surface of the base zone as the growth rate the glaze layer 16 a duroh the coating of the second
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Isolierschicht verringert wird» So wird eine gewünschte diffundierte Emitterzone erhalteneInsulation layer is reduced »Thus, a desired diffused emitter zone is obtained
Da die zweite Isolierschicht die Diffusion der Donor-Verunreinigung, z. B, Phosphor, von der dünnen Schicht 18 a nach auswärts steuert, wird eine Massenproduktion einer Emitterzone mit einer genau vorgeschriebenen Dicke und Verunreinigungskonzentration leicht möglioh gemacht.Since the second insulating layer prevents the diffusion of the donor impurity, e.g. B, phosphorus, from the thin layer 18 a controls outward, mass production of an emitter region with a precisely prescribed thickness becomes and impurity concentration made easily possible.
Da die Konzentration an Phosphor in der Glasschicht 16 b verringert wird, ruft ein Überätzen oder seitliches Ätzen im Verfahrensschritt der Fotogravierung nach Fig. 2 f praktisch keinen Nachteil hervor.Since the concentration of phosphorus in the glass layer 16b is reduced, it gets over-etched or lateral Etching in the process step of photo engraving according to FIG. 2 f practically no disadvantage.
Der in Fig. 2 g erhaltene Transistor ist mit der Glasschioht 16 b bedeckt, die trotz der hygroskopischen Eigenschaften die elektrischen Eigenschaften und Verläßlichkeit infolge der Anwesenheit des verbleibenden Teiles der zweiten Isolierschicht verbessert. Es ist anzunehmen, daß Phosphor oder Phosphoroxyd die beweglichen, in dem Siliziumdioxyd existierenden Ionen festhält, wodurch die Oberflächeneigensohaften stabil kontrolliert werden, d. h., daß die Donordichte in der Oberfläche des Transistors stabilisiert ist. Die verbleibende zweite Isolierschicht, die die Glassohicht mit reduzierter Phosphorkonzentration dicht bedeokt, mäßigt die hygroskopischen Eigenschaften und fördert dadurch die Verläßlichkeit des Transistor·· Die niedergeschlagene poröse SiO.-Schioht wird durch Erhitzen so dioht wie die thermisch aufgewachsene SiO^-Schicht· So dient die SlOg-Sohioht 17 als ein gülnatiger Schutzüberzug für den Transistor.The transistor obtained in Fig. 2g is covered with the glass sheet 16b, which despite the hygroscopic properties, the electrical properties and reliability improved due to the presence of the remaining part of the second insulating layer. It is believed that phosphorus or phosphorus oxide holds the mobile ions existing in the silicon dioxide, whereby the surface properties are stably controlled, i.e. i.e. that the donor density is stabilized in the surface of the transistor. The remaining second insulating layer that the Glass layer densely covered with reduced phosphorus concentration, moderates the hygroscopic properties and thereby promotes the reliability of the transistor dioht like the thermally grown SiO ^ layer · So The SlOg-Sohioht 17 serves as a valid protective coating for the transistor.
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Transistors. Siliziumdioxydschichten 32 und 33 sind auf einem N-Typ-Halbleitergrundkörper 31 erzeugt, der eine N-Typ-Emitterzone 35 und eine P-Typ-Baeiszone "}h enthält· Die Oberfläche einer Mischglasschicht j6 aus Siliziumdioxyd und Phosphorpentoxyd, die die Sohichten 32 und 33 und den Grundkörper 31 bedeckt, liegt frei, da die zweite Isolierschicht 17 durch die Glasschicht 36 infolge verlängerter Erhitzungszeit in dem in FIg, 2 e dargestellten Verfahreneschritt durchdrungen 1st. Dieses Ergebnis ist leicht erhältlich, wenn die zweite Schicht 17 während des Sohritees nach Fig. 2 d verhältnismäßig dünn ausgebildet wird. Diese Abwandlung gibt auch günstigere Effekte als der Stand der Technik, da die Grundkörperoberfläche mit einem solchen Schutzüberzug bedeokt wird, der die Schichten 32, 33 und 36 umfaßt. Die Glaesohicht 36 wird jedoch vorzugsweise überzogen, da sie, wenn auch in geringer Konzentration, Phosphor enthält.Transistor. Silicon dioxide layers 32 and 33 are produced on an N-type semiconductor base body 31 which contains an N-type emitter zone 35 and a P-type base zone "} h . The surface of a mixed glass layer j6 made of silicon dioxide and phosphorus pentoxide, which contains the layers 32 and 33 and covers the base body 31 is exposed, since the second insulating layer 17 is penetrated by the glass layer 36 as a result of the prolonged heating time in the method step shown in FIG This modification also gives more favorable effects than the prior art, since the base body surface is covered with such a protective coating which comprises the layers 32, 33 and 36. The glass layer 36, however, is preferably coated because it Contains phosphorus, albeit in a low concentration.
Diese Aufgabe kann durch ein anderes Ausführungsbei«·- spiel der Erfindung passend gelöst werden, bei welchem eine dritte Isolierschicht in einem an den Erhitzungeverfahrensschritt angrenzenden Schritt auf der zweiten Schicht erzeugt wird. In Fig. h ist ein N-Typ-Siliziumgrundkörper mit einer N-Typ-Emitterzone k5 und einer P-Typ-Baeiszone hk auf einer Hauptoberfläche mit Siliziumdioxydschichten 42 und 43, einer Glasschicht 46, die Siliziumdioxyd und Phosphorpentoxyd enthält, und einer dritten Isolierschicht 47t vorzugsweise einer Aluminiumoxyd (A12O„)-Soilcht bedeckt. Die Bildung der Aluminiumoxydschicht kann entweder durch Niederschlagen einer thermisch zersetzten organischen Aluminiumoxydverbindung oder durch thermische Oxydation einer aufgedampften Aluminiumsohicht erzeugt werden«This object can be suitably achieved by another embodiment of the invention, in which a third insulating layer is produced on the second layer in a step adjacent to the heating process step. In Fig. H is an N-type silicon base body with an N-type emitter zone k5 and a P-type base zone hk on a main surface with silicon dioxide layers 42 and 43, a glass layer 46 containing silicon dioxide and phosphorus pentoxide, and a third insulating layer 47t preferably covered with an aluminum oxide (A1 2 O 2) - Soilcht. The formation of the aluminum oxide layer can either be produced by the deposition of a thermally decomposed organic aluminum oxide compound or by thermal oxidation of a vapor-deposited aluminum layer «
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Nach der Bildung der Aluminiumoxydschicht über der zweiten Isolierschicht 17 nach Fig. 2 d wird die Temperatur bis zur Diffusionstemperatur des niedergeschlagenen Phosphors gesteigert, wobei man den gemäß Fig· 4 zusammengesetzten Körper erhält. Die Oberflächenpassivierung der Glasschicht 46, die mit der Aluminiumoxydechient 47 bedeokt ist, wird so vollkommen· Die Verläßlichkeit und elektrischen Eigenschaften des erhaltenen PN-Überganges werden damit vebessert·After the formation of the aluminum oxide layer over the second insulating layer 17 according to FIG. 2d, the temperature becomes increased up to the diffusion temperature of the precipitated phosphorus, the composite body according to FIG. 4 being obtained. The surface passivation of the Glass layer 46, which is coated with the aluminum oxide dye 47, thus becomes perfect · The reliability and electrical properties of the PN junction obtained are thus improved
Die Aluminiumoxydsohioht kann durch eine Siliziumnitridschicht ersetzt werden, welche man durch pyrolytisehe Reaktion eines Silanammoniumsystems erhält. Die Siliziumnitrldschioht ist für den SohutzUbergang wünschenswert« Obwohl die dritte Schicht hier vor dem Erhitzungearbeitsgang zur Diffusion des Phosphors vorgesehen wird, ist die Erzeugung der dritten Schicht auch nach dem Erhitzungsschritt zulässig und möglich, wenn es erforderlich istoThe aluminum oxide can be replaced by a silicon nitride layer, which is obtained by a pyrolytic reaction of a silane ammonium system. The silicon nitride layer is desirable for the protection transition. Although the third layer is provided here before the heating process for the diffusion of the phosphorus, the production of the third layer is also permissible and possible after the heating step, if necessary isto
Obwohl die Erfindung insbesondere bezüglich der Erzeugung einer Emitterzone eines NPN-Transistors beschrieben wurde, versteht sich von selbst, daß sie auch auf die Bildung einer Basiszone und anderer allgemeiner PN-Übergänge angewendet werden kann·Although the invention has been described in particular with respect to the creation of an emitter zone of an NPN transistor, it goes without saying that it also applies to the Formation of a base zone and other general PN junctions can be applied
Als zusätzlicher Effekt wird, da der endgültige Schutzüberzug, der die Oberfläche des Grundkörpers bedeokt, dick ist, die Streukapazität infolge von Elektrodensohichten oder Verbindungsschiohten des Transistors oder des integrierten Halbleiterkreises verringert·As an additional effect, since the final protective coating covering the surface of the base body is thick, the stray capacitance becomes due to electrode layers or connecting layers of the transistor or the integrated semiconductor circuit
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spiele gegeben wurde, ist die Erfindung auf diese nicht beschränkt. Man kann Bor anstelle von Phosphor als den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung verwenden. Eine anorganische Siliziumverbindung, die in der ersten Schicht enthalten ist, kann aus Siliziummonoxyd und niedergeschlagenem Siliziumdioxyd usw. ausgewählt werden» Eine anorganische Siliziumverbindung, die in der zweiten Schicht enthalten ist, und das Material der dritten Schicht kann Silikatglas, Bleiglas und ein Glas enthaltendes Aluminiumoxyd und/oder Boroxyd usw. sein. Die entsprechende Auswahl wird von Fachleuten je nach dem Einzelfall ohne weiteres vorzunehmen sein.games was given, the invention is not limited to these. One can use boron instead of phosphorus as the Use an impurity that determines the conductivity type. An inorganic silicon compound found in the first Layer is included, can be selected from silicon monoxide and precipitated silicon dioxide, etc. » An inorganic silicon compound contained in the second layer and the material of the third The layer can be silicate glass, lead glass and an aluminum oxide and / or boron oxide etc. containing glass. The corresponding Depending on the individual case, experts will have to make a selection without further ado.
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Applications Claiming Priority (2)
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| JP1908267 | 1967-03-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |