DE1805826B2

DE1805826B2 - Verfahren zum herstellen von planaren halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE1805826B2
Application number: DE19681805826
Authority: DE
Inventors: Rijkent Jan; Bosselaar Cornells Albertus; Nijmegen Nienhuis (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1967-11-04
Filing date: 1968-10-29
Publication date: 1976-04-22
Also published as: NL154061B; US3839103A; SE354380B; NL6715013A; FR1592176A; DE1805826C3; ES359847A1; AT281122B; DE1805826A1; US3772576A; GB1243355A; CH483725A; BE723340A; NL6715014A; JPS5013633B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von planaren Halbleiterbauelementen, bei dem eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen in einem Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp einer Halbleiterscheibe dadurch gebildet wird, daß in einem ersten Photoätz- und anschließenden Diffusionsvorgang Zonen der Bauelemente vom zweiten, entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hergestellt werden und dann in einem zweiten Photoätz- und anschließenden Diffusionsvorgang weitere Zonen der Bauelemente und gleichzeitig je ein Bauelement umschließende, zur Unterbrechung der sich etwa unter der Oberflächenisolierschicht bildenden Inversionskanäle dienende Ringzonen hergestellt werden, die den ersten Leitfähigkeitstyp und zumindest an der Oberfläche eine höhere Dotierung ;ils das Gebiet ersten Leitfähigkeiistyps der Scheibe aufweisen, und bei dem dann die Scheibe in Teile aufgeteilt wird, die je ein Bauelement mit einer solchen Ringzone enthalten.

Ein solches Verfahren ist aus der CA-PS 6 67 42J bekannt.

Bei nach diesem Verfahren hergestellten Halbleiterbauelementen kann unter einer Isolierschient in einem Halbleitergebiet, das z. B. aus dem ursprünglichen Material der Scheibe oder aus einer epitaktischen Schicht bestehen kann, der Leitfähigkeitstyp einer Oberflächenschicht invertiert sein. Eine derartige invertierte Oberflächenschicht wird als »Inversionskanal« bezeichnet und erstreckt sich seitlich zwischen einer Zone des zweiten, dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die wenigstens an der Oberfläche an ein Halbleitergebiet des ersten Leitfähigkeitstyps angrenzt, und der als »Kanalunterbrecher« die nenden Ringzone.

Durch eine solche als Kanalunterbrecher dienende Ringzone wird erreicht, daß ein etwaiger Durchschlag im Halbleiterbauelement nicht am Rande des HaIb-Jeiterkörpers auftritt, wo die Durchschlagspannung besonders niedrig ist.

Die als Kanalunterbrecher dienende Ringzone wird bei dem bekannten Verfahren in einem geringen, nahezu gleichmäßigen Abstand von der Zone des /weilen Leitfähigkeitstyps, die einen wirksamen Teil des Halbleiterbauelements bildet, angebracht.

Bei eirem mit einer solchen Ringzone versehenen Halbleiterbauelement tritt ein Durchschlag in der Regel zunächst an der Stelle auf, an der der zwischen dem Inversionskanal und der Ringzone gebildete PN-Übergang unter der Isolierschicht an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tritt, da hier die Durchschlagspannung am niedrigsten ist. Ein Durchschlag im Halbleiterkörper, d. h. im Volumen, tritt in der Regel erst bei höheren Spannungen auf.

Die zulässige Betriebsspannung des Halbleiterbauelements, zwischen dem Halbleiterkörper vom ersten Leitfähigkeitstyp und der oder den Zonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann erhöht werden, ohne daß die Durchschlagspannung zwischen dem Inversionskanal und der Ringzone an der Oberfläche des Halbleiterkörpers an der Isolierschicht erreicht wird, wenn die Länge des Kanals so groß wie möglich gemacht wird, da dann der auf Grund der dort fließenden Leckströme auftretende Spannungsabfall die Spannung an dem genannten Ort des möglichen Durchschlages gegenüber der an das Halbleiterbauelement angelegten Spannung herabgesetzt.

Die Teilung der Halbleiterscheibe nach der Herstellung der einzelnen Bauelemente erfolgt entlang sogenannter »Ritzbahnen«, die sich während der Bildung der Bauelemente mit einer dicken Oxidschicht bedekken.

Um ein einfaches Teilen der Scheiben durch Ritzen mit einem Diamanten zu ermöglichen, muß vorher die dicke Oxidschicht von den Ritzbahnen entfernt werden. Dies bedeutet, daß noch ein besonderer Photoätzvorgang erforderlich ist, um die dicke Oxidschicht vollständig zu entfernen, oder daß, wenn, wie dies aus der GB-PS 9 93 388 bekannt ist, die Freilegung der Ritzbahnen zusammen mit dem Pholoätzvoigang zur Freilegung der Kontaktfenster vorgenommen wird, bei mir einem Ätzvorgang bei den wesentlich dünneren Oxidschichten über den Kontaktflächen wegen des hier länger als erforderlich dauernden Ätzvorganges eine Unterätzung der Maske und damit eine unzulässige Vergrößerung der Kontaktfenster auftritt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schallen, d;is

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«ch mit möglichst wenig Verfahrensschritien durchfühß bei dem ein nicht durch dicke Oxidschichten

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U^r den Ritzbahnen erschwertes Teilen der HaIb-Ititerscheibe möglich ist und die hergestellten Bauelemente eine hohe Durchschlagsspannung aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

a) Im ersten Photoätz- und Diffusionsvorgang werden gleichzeitig auch geschlossene Bahnen, in denen später die Teilung der Scheibe erfolgt, freigelegt und dort durch Eindiffusion Randzonen vom zweiten Leitfähigkeilstyp gebildet;

b) im zweiten Photoätz- und Diffusionsvorgang werden zur Bildung der Ringzonen die Randzonen so freigelegt, daß durch die Eindiffusion in jeder Randzone eine schmale Ringzone gebildet wird, die die Ränder der Randzone überlappt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Ringzonen Inversionskana-Ic maximaler Länge begrenzen, so daß durch den Spannungsabfall in diesen Kanälen die zulässige Betriebsspannung heraufgesetzt wird, daß ohne zusätzlichen Verfahrensschritt die Dicke der Oxidschicht auf den als Ritzbahnen dienenden Randzonen nicht größer ist als auf der Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps, so daß die vollständige Entfernung dieser Oxidschicht vor der Teilung der Scheibe vorteilhaft gleichzeitig mit dem Einbringen der Kontaktfenster stattfinden kann, und daß die bei den Photoätzvorgängen verwendeten Photomasken auf die Ränder der Ritzbahnen ausgerichtet werden können, also keine besonderen Ausrichtfiguren erforderlich sind, die einen Teil der nutzbaren Halbleiteroberflächen belegen wurden.

Vorteilhaft werden die Abmessungen der Masken für die Photoätzvorgänge so gewählt, daß der Abstand des Innenumrisses der Ringzonen vom Innenumriß der Randzonen 3 bis ΙΟμπι, vorzugsweise 7 bis 9 μΐη beträgt

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schritt durch ein erstes, erfindungsgemäß hergestelltes Halbleiterbauelement,

F i g. 2, 3 und 4 Schnitte entsprechend F i g. 1 durch das Halbleiterbauelement in verschiedenen Stufen seiner Herstellung,

Fig.5 in perspektivischer Darstellung einen Teil einer zur Herstellung von Halbleiterbauelementen entsprechend den F i g. 1 bis 4 dienenden Halbleiterscheibe.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Flächentransistor. Die für die Erläuterung der Erfindung nicht wesentlichen Teile dieses Bauelementes, wie die Kontakte und die Umhüllung, sind der Deutlichkeit halber fortgelassen.

Auf dem Halbleitergebiet 1, das z. B. aus N-Ieitendcm Silizium besteht, befindet sich eine Oxidschicht 2. Durch eine öffnung in dieser Oxidschicht ist eine Basiszone 3 eindiffundiert. Am Rande des Halbleitergebiets befindet sich eine zusammen mit der Basiszone 3 eindiffundierte Randzone 7.

In die Basiszone 3 ist eine Emitterzone 5 eindiffundiert, die an der Oberfläche von einer Öffnung in einer während der Diffusion entstehenden Glasschicht 4 begrenzt wird. Ein der Emitterzone 5 entsprechendes Diffusionsgebiet, die Ringzonc 6, erstreckt sich längs des Randes der Oberfläche des Halbleiterbauelements. Die Öffnungen für die Diffusionsgebiete 5 und 6 sowie der übrige Teil der Halbleiteroberfläche sind von einer während der Eindiffusion entstandenen Glasschicht 8 bedeckt. Öffnungen in den Abdeckschichten zum Kontaktieren des Bauelementes und Öffnungen längs der Ränder des Bauelementes zum Erleichtern des Teilens der Halbleiterscheibe sind nicht dargestellt. Diese Öffnungen sind so angebracht, daß Übergänge zwischen verschieden dotierten Gebieten völlig abgedeckt bleiben, wie dies bei pianaren Halbleiterbauelementen üblich ist. Die Ringzone 6 erstreckt sich über eine breitere Oberfläche als die Randzone 7. so daß die Ringzone 6 als Kanalunierbrecher wirksam ist.

In der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens sind nicht wesentliche und an sich bekannte Verfahrensschritte fortgelassen.

Fig. 2 zeigt das Halbleitergebiet 1. auf dem durch Oxidation bei erhöhter Temperatur ein Siliziumoxidschicht 2 angebracht wird. Auf dem Siliziumoxid befindet sich eine Schicht 21 aus einem positiven Photolack, auf die eine Photomaske 22 gelegt wird, in der Öffnungen 23 und 24 für die Basisfenster bzw. für die späteren Ritzbahnen vorgesehen sind.

Nach Belichtung wird die Maske entfernt, die Lackschicht entwickelt und z. B. mit Hilfe einer NH4F-IIF-Lösung ein dem Muster der Photomaske 22 entsprechendes Muster in die Oxidschicht 2 geätzt, in der so Öffnungen 9 für die Basisdiffusion bzw. tO für die späteren Ritzbahnen gebildet werden. Der übrige Teil der Lackschicht wird mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt (s. F i g. 5) und anschließend aus der Gasphase durch Reaktion an der freien Siliziumoberfläche mit z. B. Borbromiddampf Bor in die genannten Öffnungen eindiffundiert (s. F i g. 3), so daß P-leitende Basiszonen 3 und diesen Zonen entsprechende P-leitende Randzonen 7 gebildet werden. Dabei bildet sich gleichzeitig eine Boratglasschicht 4.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich. da3 die Diffusionsgebiete 3 und 7 sich auch unter der Oxidschicht 2 erstrecken, und zwar über einen Abstand von etwa 3 μιη. Nachdem einige Zeit nachoxidiert worden ist, wird erneut eine Schicht 41 eines positiven Photolackes auf die Scheibe aufgebracht, auf die dann eine Maske 42 gelegt wird (s. F i g. 4). In der Maske 42 sind Öffnungen 43 und 44 für die Emitterfenster bzw. für die späteren Ritzbahnen vorgesehen. Die Breite der Öffnungen 44 ist etwa 16 μιη größer als die der Öffnungen für die späteren Ritzbahnen in der ersten Photomaske. Die Maske wird so auf die Scheibe ausgerichtet, daß der Abstand der inneren Ränder der Öffnungen 44 in der Maske von den in der Halbleiterscheibe bereits vorgebildeten späteren Ritzbahnen (Stufen in der Oxid- bzw. Glasschicht) etwa 8 μιη beträgt.

Dadurch wird erreicht, daß nach dem Ätzvorgang beim nächsten Diffusionsvorgang die einzudiffundierenden Ringzonen über die gesamte Halbleiterscheibe die zuvor eindiffundierten Randzonen 7 völlig bedekken. Dann wird wieder nach Belichtung die Maske entfernt, die Lückschicht entwickelt und das Muster in die Glas- und Oxidschichten geätzt. Der Rest der Lackschicht wird mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt, wonach aus der Gasphase durch Reaktion an der freien Siliziumoberfläche mit z. B. Phosphoroxidchlorid Phosphor durch die Fenster in der Oxidschicht in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, wodurch sich N-Ieitcnde Emitterzonen 5 und N-Icitende Ringzonen bilden (s. Fig. 1).

Das Verfahren nach der Erfindung ist sclbstverständ-

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lieh nicht auf die Herstellung von Transistoren beschränkt, es lassen sich mit ihm z. B. auch Dioden und integrierte Schaltungen herstellen.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich auch anwenden, wenn die Oberflächenschichten nicht aus Siliziumoxid, sondern z. B. aus Siliziumnitiid bestehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von planaren Halbleiterbauelementen, bei dem eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen in einem Gebiet vom eriten Leitfähigkeitstyp einer Halbleiterscheibe dadurch gebildet wird, daß in einem ersten Photoätz- und anschließenden Diffusionsvorgang Zonen der Bauelemente vom zweiten, entgegengesetzten Leitlähigkeitstyp hergestellt werden und dann in einem zweiten Photoätz- und anschließenden Diffusionsvorgang weitere Zonen der Bauelemente und gleichzeitig je ein Bauelement umschließende, zur Unterbrechung der sich etwa unter der Oberflächenisolierschicht bildenden Iiiversionskarüle dienende Ringzonen hergestellt werden, die den ersten Leitfähigkeitstyp, und zumindest an der Oberfläche eine höhere Dotierung als das Gebiet ersten Leitfähigkeitstyps der Scheibe aufweisen, und bei dem dann die Scheibe in Teile aufgeteilt wird, die je ein Bauelement mit einer solchen Ringzone enthalten, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) Im ersten Photoätz- und Diffusionsvorgang werden gleichzeitig auch geschlossene Bahnen, in denen später die Teilung der Scheibe erfolgt, freigeigt und dort durch Eindiffusion Randzonen (7) vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet:

b) im zweiten Photoätz- und Diffusionsvorgang werden zur Bildung der Ringzonen die Randzonen (7) so freigelegt, daß durch die Eindiffusion in jeder Randzone eine schmale Ringzone

(6) gebildet wird, die die Ränder der Randzone

(7) überlappt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Masken für die Photoätzvorgänge so gewählt werden, daß der Abstand des !nnenumrisses der Ringzonen vom Innenumriß der Randzonen 3 bis 10 μηι beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Masken so gewählt werden, daß der Abstand 7 bis 9 μπι beträgt.