DE1805826C3 - Verfahren zum Hersteilen von planaren Halbleiterbauelementen - Google Patents

Description

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 eisten Photoätz- und anschließenden Diffusionsvorgang Zonen der Bauelemente vom zweiten, entgegengesetzten Leiifähigkeitstyp 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 Oberflächenisolicrschichi bildenden Inversionskanälc dienende Ringzonen hergestellt weiden, die den ersten Leitfähigkeitstyp und zumindest an der Oberfläche eine höhere Dotierung ;\ls das Gebiei ersten Leilfähigkcitstyps 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 b b7 423 bekannt.

Bei nach diesem Verfahren hergestellten Halbleiterbauelementen kann unter einer Isolierschicht in einem Halbleiiergebiet. das z. B. aus dem ursprünglichen Material der Scheibe oder aus einer epiiakiischen Schicht bestehen kann, der Leilfähigkcilslyp einer Oberflächenschicht invertiert sein. Eine derartige inveitieric Oberflächenschicht wird als »Inversionskanal« be/eichnet und erstreckt sich seitlich zwischen einer Zone des zweiten, dem ersten Lcilfähigkcitstyp entgegengesetzten l.eitlahigkeilstvps. die wenigstens an der Oberfläche an ein Halbleitergcbiei des ersten l.eitfähigkeitslyps angrenzt, und der als »Kanakmterbrecher« dienenden Ringzone.

Durch eine solche ah Kanalunierbrecher dienende Ringzone wird erreicht, daß ein etwaiger Durchschlag im Halbleiterbauelement nicht am Rande des Halbleiterkörper auftritt, wo die Durchschlagspannung besonders niedrig ist.

Die als Kanalunierbrecher dienende Ring/one wird bei dem bekannten Verfahren in einem geringen, nahezu gleichmäßigen Absland von der Zone des zweiten Leilfähigkcitslyps. die einen wirksamen Teil des HaIbleitcrbauelements bildet, angebracht.

Bei einem 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 L.eilfähigkeitstyp und der oder den Zonen vom zweitei· Leitfähigkeitstyp kann erhöht werden, ohne daß die Durchschlagspannung zwischen dem Inversionskanal und der Ringzone an der Oberfläche des Halbleiterkörper :\n der Isolierschicht erreicht wird, wenn di; 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 vr entfernen, oder daß, wenn, wie dies aus der GB-PS 9 93 388 bekannt ist, die Freilegung der Ritzbahnen zusammen mit dem Photoätzvorgang zur Freilegiing der Kontaktfenster vorgenommen wird, bei nur einem Ätzvorgang bei den wesentlich dünneren Oxidschichicn über den Kontaktflächen wegen des hier länger als erforderlich dauernden Ätzvorganges eine Untcräizung der Maske und damit eine unzulässige Vergrößerung der Konlaktfcnster auftritt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingang? genannten Art zu schaffen, das

sich mil möglichst wenig Vcrfuhrensschritlcn durchfuhren läßt, bei dem ein nicht durch dicke Oxidschiehlcn fiber den Ritzbahnen erschwertes Teilen der Halbleiterscheibe möglich ist und die hergestellten Bauelemente eine hohe Durchschlagsspannung aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgcmüß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelös·.. das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

a) Im ersten Photoätz- und Diffusionsvorgang weiden gleichzeitig auch geschlossene Bahnen, in denen spater die Teilung der Scheibe erfolgt, freigelegt und dort durch Eindiffusion Rund/onen vom zweiten Leillähigkcitsiyp gebildet:

b) im zweiten Photoätz- und Diffusionsvorgang wer· den zur Bildung der Ringzonen die Rund/onen so freigelegt, daß durch die Eindiffusion in jeder Randzone eine schmale Ringzone gebildet wird, die die Ränder der Randzone überlapp!.

Die mil der Erfindung erziellen Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Ringzonen Inversionskaiui-Ic maximaler Länge begrenzen, so daß durch den Span nungsabfall 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, se ilaß die vollständige Entfernung dieser Oxidschicht vor der Teilung der Scheibe vorteilhaft gleichzeitig mit dem Einbringen der Kontaktfenster stattfinden kann, und daß die bei den Photoät/.vorgängen verwendeten Photomasken auf die Ränder der Ritzbahnen ausgerichtet werden können, also keine besonderen Ausrichtfiguren erforderlich sind, die einen Teil der nutzbaren Halbleiteroberflächen belegen würden.

Vorteilhaft werden die Abmessungen der Masken für die Photoätzvorgänge so gewählt, daß der Abstand des Innenumrisses der Ringzonen vom Innenumriß der Randzonen 3 bis 10 um, vorzugsweise 7 bis 9 μ in beträgt.

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

F i g. I einen Schritt durch ein erstes, erfindungsgemäß hergestelltes Halbleiterbauelement,

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

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

F i g. I zeigt einen Schnitt durch einen erfihdungsgemäß 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-Ieitendem Silizium besteht, befindet sich eine Oxidschicht 2. Durch eine Öffnung in dieser Oxidschicht ist eine Basiszone 3 eindiffundiert. Am Rande des Halbleitergebicts befindet sich eine zusammen mit der Basiszone 3 eindiffundicrte 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 Ringzone 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 Js bedeckt. Öffnungen in den Abdeckschichlen zum Kuntaktieren des Bauelementes und Öffnungen längs der Ränder des Bauelementes zum Erleichtern des Teilens der Halbleiterscheibe sind nicht dargestellt. Diese C)I I-nungen sind so angebracht, daß Übergänge /wischen verschieden dotierten Gebieten völlig abgedcckl bleiben. wie dies bei pianaren Halbleiterbauelementen üblich ist. Die Ringzone 6 erstreckt sich über eine breitere Oberfläche als die Randzone 7. so daß die Ring/one ό als Kanalunterbrechcr wirksam ist.

In der nachfolgenden Besehreibung des Verfahrens sinü nicht wesentliche und an sich bekannte Verl'ahrensschritte fortgelassen.

F i g. 2 zeigt das Halbleilergebiel I. aul dem durch Oxidation bei erhöhter Temperatur ein Sili/iumnxidschicht 2 angebracht wird. Auf dem .Siii/iumoxid befindet sich eine Schicht 21 aus einem positiven Phoiolack. auf die eine Photomaske 22 gelegt *ird. in der Öffnungen 23 und 24 für die Basisfenster bzw. für die späteren Ritzbahnen vorgesehen sind.

Nach Belichtung wird die Maske entfernt, die L.ickschicht entwickelt und z.B. mit Hilfe einer NIhI Hl-Lösung ein dem Muster der Photomaske 22 entsprechendes Muster in die Oxidschicht 2 geäi/i. in der so Öffnungen 9 für die Basisdiffusion bzw. 10 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 Reiiktion an der freien .Siliziumoberfläche mit z. B. ßorbromiddampf Bor in die genannten Öffnungen eindiffundiert (s. F i g. 3), so daß P-Ieitende Basiszonen 3 und diesen Zonen entsprechende P-Ieitende Rund/onen 7 gebildet werden. Dabei bildet sich gleich/eilig eine Boratglasschicht 4.

Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß die Dilfusionsgebieic i und 7 sich auch unter der Oxidschicht 2 erstrecken, und zwar über einen Abstand von etwa 3 um. Nachdem einige Zeit nachoxidiert worden ist, wird erneut eine Schicht 41 eines positiven Photolackes auf die Scheibeaufgebracht, 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 μίτι größer als die der Öffnungen für die späteren Ritzbahnen in der ersten Pholomaske. 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 μΐη 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 Lackschicht entwickelt und das Muster in die Glas- und Oxidschichten geätzt. Der Rest der Lackschicht wird mit einem geeigneten Lösungsmittel entferru, wonach aus der Gasphase durch Reaktion an der freien Silizmmobcrfläche mit z. B. Phosphoroxidchlorid Phosphor durch die Fenster in der Oxidschicht in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, wodurch sich N-Icitcnde Emitterzonen 5 Lind N-leitende Ring/oiien 6 bilden (s. F i e. I).

Das Verfahren nach der Frfindiinu Kt srlhviviM-uüml-

lieh nicht iiuf die Herstellung von Tr;insiMi>ren bcschriinkt. es Nissen sieh mit ihm /. 15. auch Dioden und integrierte Schaltungen herstellen.

Das Verfahren nach der l-jTindung liiüt sieh auch anwenden, wenn die Oberllächenschichtcn nicht aus SiIi-/iumoxid. sondern /. 15. aus Sili/iumnilrid bestehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren /um Herstellen von planaren Halbleiterbauelementen, bei dem eine Vielzahl \un Halbleiterbauelementen in einem Gebiet vom ersten Leilfähigkcilstyp einer Halbleiterscheibe dadurch gebildet wird, daß in einem eisten Photoiit/- und anschließenden Diffusionsvorgang Zonen tier Bauelemente vom /weiten, entgegengesetzten l.eiifähigkeitstyp hergestellt werden und dann in einem /weiten Pholoäl/- und anschließenden Dilfusionsvorgang weitere Zonen der Bauelemente und gleichzeitig je ein Bauelement umschließende, zur Unterbrechung der sich etwa unter eier Oberflächenisolierschicht bildenden Inversionskanäle dienende Ringzonen hergestellt werden, die den ersten l.cilfähigkcitstyp, und zumindest an der Oberfläche eine höhere Dotierung als das Gebiet eisten I.eittähigkeiistyps 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 Pholoäl/.- und Diffusionsvorgang werden gleichzeitig auch geschlossene Bahnen, in denen später die Teilung der Scheibe erfolgt. freigelegt und dort durch Eindiffusion Randzo nen (7) vom zweiten Leitfähigkcitsiyp gebildet:

b) im zweiten Photoiitz- 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 I. dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Masken für die Pholoätzvorgänge so gewählt werden, daß der Abstand des Innenumrisses der Ringzonen vom Inncnumriß der Randzonen 3 bis 10 μιτι beträgt.

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