DE1764237B2

DE1764237B2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1764237B2
Application number: DE1764237A
Authority: DE
Inventors: Alfons Matthijs Reinier Van Nijmegen Jersel (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-11-07
Filing date: 1968-04-29
Publication date: 1979-01-18
Also published as: US3562607A; NL6715032A; AT320736B; FR1561857A; GB1228916A; BE715021A; DE1764237C3; NL6706641A; CH474157A; DE1764237A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur wi Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Transistor, der eine Anzahl von in Reihen angeordneten Emitterzonen, die an eine mit einer Isolierschicht bedeckte Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzen, enthält, über welchen Emitterzonen öffnungen in der μ Isolierschicht angebracht werden, wonach auf der genannten Oberfläche Metallbahnen angebracht werden, die die einzelnen Emitterzonen jeder Reihe über eine die Emitterzonen kontaktierende Widerstandsschicht verbinden und die selbst mit einem gemeinsamen Anschlußleiter verbunden sind.

Halbleiteranordnungen dieser Art sind bekannt aus der 8E-PS 6 58 963. Bei dieser Halbleiteranordnung sind die Serienwiderstände zumindest teilweise neben den Emitterzonen angeordnet, wobei der Strom die Widerstände in Schichtrichtung durchfließt Obwohl dabei der sog. »zweite Durchbruch« wirksam vermieden wird, beansprucht eine solche Transistorstruktur verhältnismäßig viel Raum, was insbesondere bei Hochfrequenztransistoren unerwünscht ist

Aus der FR-PS 13 58 189 ist ein Transistor mit einer einzigen, zusammenhängenden Emitterzone bekannt, wobei sich zwischen der Emitterzone und der Emittermetallisierung eine Widerstandsschicht befindet, um die Stromverteilung innerhalb der verhältnismäßig niedrig dotierten Emitterzone zu vergleichmäßigen.

Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß bei Transistoren mit einer Anzahl von getrennten Emitterzonen durch Anwendung von Emitterwiderständen, die von dem Strom senkrecht zur Halbleiteroberfläche durchflossen werden, eine befriedigende Stromverteilung über den Emitterzonen und gleichzeitig eine beträchtliche Raumeinsparung erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß auf besonders einfache Weise ein gegen den zweiten Durchbruch geschützter Hochfrequenztransistor mit einer Anzahl von möglichst kleinen Emitterzonen hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß die Maske zur Herstellung der Metallstreifen auf der Widerstandsschicht nur in einer Richtung, nämlich quer zur Emitterreihenrichtung genau ausgerichtet zu werden braucht. Es ergibt sich daher in Reihenrichtung eine große Ausrichttoleranz, was insbesondere bei sehr kleinen Emitterabmessungen wichtig ist.

So erlaubt es das Verfahren nach der Erfindung Transistoren herzustellen, bei denen die größte Abmessung der Emitterzone kleiner als 10 μπι ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Widerstandsschicht praktisch keine zusätzliche Oberfläche beansprucht, so daß die Erfindung insbesondere bei Transistoren für sehr hohe Frequenzen, d. h. Transistoren mit sehr kleinen Abmessungen der Emitterzonen, anwendbar ist.

Außerdem ist zum Anbringen der Widerstandsschicht keine komplexe Emitterstruktur erforderlich, da die Widerstandsschicht keinen Teil des Halbleiterkörpers bildet.

Wie bereits bemerkt wurde, hat die Erfindung besondere Vorteile bei Halbleiteranordnungen mit sehr kleinen Emitterzonen, deren Abmessungen kleiner als 10 μιτι sind, bei denen das Anbringen von ausreichend hohen Widerständen in Reihe mit den Emitterzonen nach bekannten Verfahren in der Praxis nicht möglich oder sehr schwierig ist.

Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Als Widerstandsmaterial sind im wesentlichen alle Materialien verwendbar, die einen ausreichend hohen spezifischen Widerstand aufweisen und sowohl mit den Emitterzonen, als auch mit der darüberliegenden

Metallbahn einen guten und reproduzierbaren Kontakt bilden. Die Weiterbildungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 2 und 3 haben den Vorteil, daß sich die Widerstandsmaterialien einfach aufbringen lassen und daß auf einfachem Wege durch Änderung des Mischverhältnisses der Bestandteile der gewünschte spezifische Widerstand erhalten werden kann.

Die Emitterbahnwiderstände können, in Abhängigkeit u. a. vom verwendeten Emitterstrom und von der Anzahl der Emitterzonen, voneinander abweichende Werte aufweisen, die in den meisten wichtigen Fällen zwischen etwa 0,5 und 10 Ohm liegen.

Die Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung gemäß Anspruch 6 weist u.a. den wichtigen Vorteil auf, daß durch Änderung der Zusammenstellung der Zerstäubungsquelle auf einfache Weise das richtige Mischverhäitnis zum Erhalten des gewünschten spezifischen Widerstands festgelegt werden kann. Außerdem lassen sich die als Widerstandsmaterial verwendeten Materialien oft nur schwer durch Aufdampfen oder auf eine andere Weise anbringen.

Als maskierende Metalischicht läßt sich im wesentlichen jedes Metall verwenden, das sich selektiv ätzen läßt. Die angebrachte Metallschicht muß dabei eine solche Dicke aufweisen, daß während der Zeit, die zur ganzen Entfernung der unbedeckten Teile des Widerstandsmaterials erforderlich ist, die Metallschicht an der Stelle der Widerstände noch nicht ganz verschwunden ist. Für jedes gewählte Metall läßt sich die dazu erforderliche Stärke leicht bestimmen.

Von besonderem Vorteil ist es jedoch, ein maskierendes Metall zu verwenden, das gegenüber dem Widerstandsmaterial eine geringe Zerstäubungsgeschwindigkeit hat. Das Aufbringen einer verhältnismäßig dünnen Metallschicht ist dann ausreichend, was die Definition des durch Ätzen erhaltenen Metallmusters erheblich verbessert. Mit Vorteil wird somit gemäß der Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 7 eine aus Aluminium bestehende Metallschicht verwendet, da Aluminium auch bei Anwendung eines Hochfrequenzzerstäubungsverfahrens nur eine geringe Zerstäubungsgeschwindigkeit hat, beispielsweise eine viel geringere als das obengenannte Tantal und Siliziumoxid enthaltende Widerstandsmaterial.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hochfrequenzleistungstransistor,

Fig. 2 bis 5 schematische Schnitte durch den Transistor nach Fig. 1 gemäß der Linie 11 — 11 in verschiedenen Herstellungsstufen,

Fig. 6 schematisch einen teilweisen Schnitt gemäß der Linie 11 — 11 des Transistors nach F i g. 1,

Fig. 7 schematisch einen teilweisen Schnitt gemäß der Linie VII —VIl durch den Transistor nach Fig. 1,

F i g. 8 schematisch einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Halbleiteranordnung gemäß Fig.l.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Halbleiteranordnung und die Fig.6 und 7 zeigen schematisch einen Schnitt durch diese Anordnung. In einem Halbleiterkörper 1 aus Silizium (siehe F i g. 6, 7), von dem eine Fläche teilweise mit einer isolierenden Oxidschicht 2 bedeckt ist, ist ein Transistor mit einer epitaxialen, N-Ieitenden Kollektorzone 3, einer eindiffundierten P-leitenden Basiszone 4. und einer Anzahl, in diesem Beispiel 90, eindiffundierter N-leitender Emitterzonen 5 angebracht. Die Emitterzonen 5 mit einer Länge von 10 μΐη und einer Breite von 3 μπι sind in zehn Reihen von neun Zonen (siehe Fig.l) mit einem Abstand von 13μηι zwischen den Reihen und 5 μπι zwischen den Zonen in jeder Reihe geordnet und grenzen an die Oxidschicht 2. Der Deutlichkeit halber sind die Figuren nicht maßgerecht dargestellt, insbesondere in bezug auf die Abmessungen quer zur Siliciumscheibe.

Über den Emitterzonen 5 (siehe Fig.6, 7) sind öffnungen 9 in der Isolierschicht 2 angebracht, wobei über jede Reihe eine mit den Emitterzonen 5 verbundene Aluminiumbahn (6, 15) angebracht ist, welche Bahnen mit einem ebenfalls aus einer Aluminiumschicht bestehendem gemeinsamen Anschlußleiter 7 verbunden sind (siehe Fig.l). Die auf der Fläche angebrachten Metallschichten sind in Draufsicht gestrichelt dargestellt

Zwischen jeder Emitterzone 5 und der dariiberliegenden Metallbahn (6, 15) ist nach der Erfindung eine Widerstandsschicht 8 angebracht, die aus in den Öffnungen 9 auf den Emitterzonen 5 angebrachtem Widerstandsmaterial besteht, das die Zone 5 von der Metallbahn (6, 15) trennt. Dieses Widerstandsmaterial besteht im vorliegenden Beispiel aus einem Gemisch aus Tantal und Siliziumoxid in einem derartigen Mischi ngsverhältnis, daß der spezifische Widerstand ur gefähr 0,005 Ohm cm beträgt. Die Stärke der Widerstandsschicht 8 beträgt etwa 2 μιτι, was je Widerstand einen Wert von etwa 3 Ohm ergibt.

Die Basiszone 4 wird durch Aluminiumstreifen 10 (siehe Fig.l) zwischen den Emitterzonenreihen kontaktiert, \yelche Streifen 10 über Öffnungen 11 (siehe Fig.6) in der Oxidschicht 2 mit der Basiszone 4 kontaktiert sind, und mit den Metallbahnen (6, 15) ein interdigitales System bilden. Auch diese Streifen 10 sind mit einem aus einer Aluminiumschicht bestehenden gemeinsamen Anschlußleiter 12 verbunden. Die Kollektorzone 3 wird durch eine epitaxiale Schicht gebildet, die auf einem hochdotierten N-Ieitenden Substrat 13 angebracht ist, das an der Unterseite der Siliziumplatte kontaktiert ist und einen guten ohmschen Kontakt mit der Kollektorzone ermöglicht. Der beschriebene Transistor ist bis zu Frequenzen über 1000 MHz und einem maximalen Emitterstrom von 200 mA verwendbar.

Dieser Transistor läßt sich beispielsweise auf die oben beschriebene Weise herstellen. Auf einem hochdotierten N-Ieitenden Siliziumsubstrat 13 (siehe Fig. 2) mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm cm wird nach in der Halbleitertechnik allgemein üblichen Verfahren eine epitaxiale N-Ieitende Schicht 3 mit einer Stärke von 6 μιτι und einem spezifischen Widerstand von 3 Ohm cm durch Anwachsen angebracht. In dieser epitaxialen Schicht werden danach durch selektive Diffusion auf bekannte Weise ein P-leitendes Basisgebiet 4 und N-leitende Emitterzonen 5 angebracht. Die Basiszone 4 hat eine Eindringtiefe von 1,1 μηι und einen Flächenwiderstand von etwa 160 Ohm, die Emitterzonen 5 haben eine Eindringtiefc von 0,8 μΐη und einen Flächenwiderstand von etwa 5 Ohm.

In der während dieser Bearbeitungen auf der Fläche entstandenen Oxidschicht 2 werden danach durch Ai.-vendung von bekannten Ätztechniken über den Emitterzonen 5 Fenster 9 erhalten, wodurch die Struktur entsteht, von der in F i g. 2 ein Teil eines Querschnittes dargestellt ist.

Danach wird (siehe F i g. 3) über die ganze Oberfläche eine Schicht 8 aus Widerstandsmaterial ansebracht. das

aus Tantal und Siliziumdioxid mit einem spezifischen Widerstand von 0,005 Ohm cm und einer Stärke von 2 μΐη besteht. Das Anbringen dieser Schicht 8 erfolgt in diesem Beispiel auf besonders einfache Weise durch Zerstäuben des Widerstandsmaterials unter Anwendung des sogenannten Hochfrequenzzerstäubungsverfahrens. Diese Technik ist von P. D. D a ν i d s e in »Semiconductor Products and Solid State Technology«, Dez. 1966, Seite 30—36 eingehend beschrieben worden. Im vorliegenden Beispiel wird (siehe F i g. 8) eine Vakuumglocke 21 verwendet, deren Oberseite durch eine Tantalplatte 22 mit einem Halbmesser η gebildet wird, auf der mittels eines Tantalbolzens 23 eine Quarzscheibe 24 mit einem Halbmesser η befestigt ist. Die zu bearbeiiende Siliziumplatte 1 ist leitend verbunden mit einem Metallträger 25, der über die isolierte Durchführung 26 mit der Anschlußklemme 27 verbunden ist, und befindet sich im Abstand von ungefähr 25 mm von der Tantalplatte 22. Auf der Tantalplatte 22 befindet sich eine Glasplatte 28 einer Stärke von ungefähr 2 mm, auf der eine Metallplatte 29 angeordnet ist, die mit einer Anschlußklemme 30 leitend verbunden ist, so daß die Tantalplatte 22 kapazitiv mit der Klemme 30 verbunden ist.

Der Halbmesser η beträgt etwa 60 mm, der Halbmesser r₂ etwa 27 mm. Dadurch, daß das Verhältnis ^geändert wird, kann die Zusammensetzung des

zerstäubten Ta-SiO2-Gemisches und dadurch der spezifische Widerstand desselben geändert werden.

Zum Anbringen der Schicht 8 (siehe F i g. 3) wird nun die Klemme 27 auf Erdpotential gebracht, während zwischen die Klemmen 27 und 30 eine Hochfrequenzspannung von 12MHz mit einem Spitze-zu-Spitze-Wert von etwa 2000 V angelegt wird. Über das Nadelventil 31 wird Argon bis zu einem Druck von etwa 10~² mm zugelassen. Bei den erwähnten Werten von r\ und η wird dann auf dem Silizium in 120 Minuten eine Ta-SiO2-Schicht 8 von etwa 2 μίτι Stärke mit einem spezifischen Widerstand von ca. 0,005 Ohm cm niedergeschlagen.

Auf dieser Schicht 8 wird nun durch Aufdampfen eine Aluminiumschicht 15 von etwa 0,5 μπι Stärke niedergeschlagen (siehe F i g. 3), wonach diese Aluminiumschichi mittels einer der vielen in der Halbleitertechnik üblichen photolithographischen Ätztechniken in die Form des gewünschten Musters gebracht wird (siehe Fig.4) Danach werden durch ein Zerstäubungsverfahren in umgekehrter Richtung (wozu in Fig. 8 nur die Potentiale an den Klemmen 27 und 30 umgetauscht zi werden brauchen, während die Platten 23 und 24 durch eine Metallplatte, beispielsweise eine Kupferplatte ersetzt werden) die nicht durch Aluminium bedeckter Teile der Widerstandsschicht 8 gemäß den Pfeilen nach Fig.4 entfernt. Dadurch entsteht die Struktur gemäß Fig. 5, bei der das Aluminium teilweise zerstäubt jedoch zum Teil zurückbleibt, und Zerstäubung dei darunterliegenden Ta-SiO2-Schicht verhindert. Danach werden mittels üblicher photolithographischer Ätzmethoden über der Basiszone 4 in der Oxidschicht 2 Fenster 11 geätzt, wonach unter Anwendung vor üblichen Aufdampf- und Ätzverfahren die Aluminiumbahnen 6 und 10 zum Kontaktieren der Widerstandsschichten 8 bzw. der Basiszone 4 (siehe Fig. 1, 6, 7 angebracht werden.

Es ist möglich, die Widerstandsschicht 8 statt in Forrr von Streifen auch in Form von untereinander getrennten inselförmigen Gebieten auf den Emittern anbringen Auch können andere Materialien, andere Anordnungen und Parameter beim Zerstäubungsverfahren oder andere Verfahren zum Anbringen des Widerstandsmaterials angewandt werden. So wurde z. B. in einerr anderen Verfahren eine 85% Ti-15% Si Legierung angebracht mittels eines Zerstäubungsverfahrens (150C Volt Gleichspannung, 30 mm Elektrodenabstand lO-'mm Argon, 65mA Sprühstrom) wobei in 5C Minuten eine 0,15 μπι dicke Schicht aufgebracht wurde mit einem spezifischen Widerstand von 0,0065 Qcm Ähnliche Resultate wurden erzielt mit einer Molybdän-Siliziumlegierung. Weiter kann die Geometrie dei hergestellten Transistorstrukturen von der im Beispie gezeigten abweichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem Transistor, der eine Anzahl von in Reihen angeordneten Emitterzonen, die an eine mit einer Isolierschicht bedeckte Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzen, enthält, über welchen Emitterzonen öffnungen in der Isolierschicht angebracht werden, wonach auf der genannten Oberfläche Metallbahnen angebracht werden, die die einzelnen Emitterzonen jeder Reihe über eine die Emitterzonen kontaktierende Widerstandsschicht verbinden und die selbst mit einem gemeinsamen Anschlußleiter verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Widerstandsschicht (8) in Form einer die ganze genannte Oberfläche bedeckenden Schicht erzeugt wird, auf welcher Widerstandsschicht dann eine Metallschicht (15) aufgebracht wird, die in Form von Streifen je eine Reihe von Emitterzonen (5) bedeckt, wonach mittels eines Zerstäubungsverfahrens der nicht durch die Metallstreifen (15) bedeckte Teil der Widerstandsschicht (8) völlig und die Metallstreifen nur über einen Teil ihrer Stärke entfernt werden, und dann über den Metallstreifen (15) die Metallbahnen (6) angebracht werden.

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Widerstandsschicht (8) ein Widerstandsmaterial verwendet wird, das Tantal und/oder Tantaloxid enthält.

3. Halbleitervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Widerstandsschicht (8) ein Widerstandsmaterial verwendet wird, das Silicium und/ oder Siliciumoxid enthält.

4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Widerstandsschicht (8) als Widerstandsmaterial eine Titan-Siliciumlegierung verwendet wird.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Widerstandsschicht (8) als Widerstandsmaterial eine Molybdän-Siliciumlegierung verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschicht (8) durch ein Zerstäubungsverfahren angebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht (15) aufgebracht wird, die im wesentlichen aus Aluminium besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung der Widerstandsschicht (8) ein Widerstandsmaterial verwendet wird, das Tantal und Siliciumoxid enthält.

21)