DE1910746A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

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Description

Patentanwalt· Dfp!.-Ing. R. Doett U. Dipl.-Ina. Umprecht
München 22, Stalnsdorfitr. 10
3.5.1969
HITACHI, LTD., Tokio (Japan)
Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die mit einem doppelten Aufbau von Passivierungs· filmen versehen ist, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Es ist nach dem Stand der Technik gut bekannt, die Oberfläche eines Halbleiterelements zwecks Stabilisierung seiner elektrischen Eigenschaften mit einem Siliziumoxydfilm zu versehen. Da jedoch ein Siliziumoxydfilm nicht ausreicht, um das Element gegen Verunreinigung von außen, wie z. B. durch Ionen eines Alkalimetalls, wie Natrium, oder gegen Gallium, Wasserstoff, Sauerstoff und Feuchtigkeit zu schützen, wurde in neuerer Zeit ein Film aus Siliziumnitrid, der diese Elemente wirksam abschirmt, anstelle des Siliziumoxydfilms aufgebracht. Doch zeigt eine Diode, die anstelle eines Siliziumoxydfilms mit einem Siliziumnitrid-
17 33*)xp-r (7)
film versehen ist, der den freiliegenden Teil eines in einem Halbleiterkörper erzeugten pn-Übergang-es und eine auf einem durch den Film bestimmten und durch Diffusion erzeugten Halbleiterteil angeordnete Metallelektrode bedeckt, einen merklich stärkeren Verluststrom als den einer mit einem Siliziumoxydfilm versehenen Diode. Man führt dies auf die Tatsache zurück, daß in der Nachbarschaft der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkristall und dem Siliziumnitridfilm durch den Einfluß von positiven Ladungsträgern im Siliziumnitridfilm Elektronen infc duziert werden und einen η-Kanal bilden, wodurch z. B. in einem ρ n-Typ-Übergang die η-Tendenz an der Oberflächenzone unter Bildung eines ρ η -Typ-Übergangs verstärkt und so das Fließen eines starken Stroms ermöglicht wird, der sich durch den Tunnelmechanismus od. dgl. (der allgemein "Tunnelstrom" genannt wird) erklären läßt.
Aus den vorstehend genannten Gründen sind die gegenwärtig überwiegend verwendeten Passivierungsfilme zweischichtig aufgebaut, indem ein Halbleiterelement zunächst mit einem Siliziumoxydfilm zwecks Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften und dieser Siliziumoxydfilm weiter mit einem Siliziuinnitridfilm zwecks Abschirmung gegen VeF- W unreinigung durch Feuchtigkeit od. dgl. bedeckt wird. Passivierungsfilme dieses Zweischichtaufbaues werden hergestellt, indem man zunächst einen Siliziumoxydfilm auf der Oberfläche eines Halbleiterelements bildet, dann einen Siliziumnitridfilra auf dem Siliziumoxydfilm niederschlägt und den Siliziumnitridfilm sowie den Siliziumoxydfilm auf einem vorbestimmten Teil oder vorbestimmten Teilen der Halbleiteroberfläche gleichzeitig entfernt, um diesen Teil bzw. diese Teile freizulegen, wozu die Photoätztechnik angewendet wird. Die Photoätastechnik, um die ©s hierbei gehts umfaßt folgende Schritte: Im Falle der Verarbeitung eines Siliziumoxydfilms zu einem gewünschten Muster durch Ätsen
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wird eine Photoresistraaske, die aus einem gegenüber dem zu verwendenden Ätzmittel (gewöhnlich einer sauren Flüssigkeit) beständigen photoempfindlichen Material besteht, auf den atif der Halbleiteroberfläche gebildeten Siliziumoxydfilm aufgebracht und bei einer Temperatur von 80 bis 100 C getrocknet. Dann wird die Photoresistmaske selektiv Licht ausgesetzt, wozu ein glasartiger Film (Photomaske) mit einem gewünschten Muster von undurchsichtigen Stellen verwendet wird, und entwickelt. Nach dem Trocknen der Photoresistmaske bei einer Temperatur von 18O bis 200 G wird die Einheit mit einem Ätzmittel, wie z. E. der Mischung von Fluorwasserstoffsäure und neutralem Ammoniumfluorid in einem Volumenverhältnis von 1 : 6 behandelt, um die unnötigen Teile zu entfernen. Im Fall der Verarbeitung eines Films aus einem anderen Material als-Siliziumoxyd wird ein ähnliches Verfahren mit einem hierfür geeigneten Ätzmittel durchgeführt. Das Material der Photoresistmaske wird ebenfalls so gewählt, daij es gegenüber dem zu verwendenden Ätzmittel beständig ist.
So hergestellte Halbleitervorrichtun^en sind in ihren elektrischen Eigenschaften stabiler und haben eine höhere Verläßlichkeit als jene, die nur mit einem Siliziumoxydüberzug versehen sind. Wenn jedoch Dioden, die eine diffundierte n-Typzone in einem p-Typ-Halbleiterkörper und Passlvierungsfilme aus Siliziumoxyd und Siliziumnitrid umfassen, in eine NaOH-Lösung getaucht, dann getrocknet und auf eine Temperatur von 200 C erhitzt sind, dem sogenannten elektrischen und Temperaturbeanspruchun^sversuch für etwa 20 Stunden mit Anlegung einer Gegenspannung nahe, jedoch unterhalb der Durchbruchsspannung des pn-Überganges unterworfen werden, wird der Verluststrom der Dioden etwa 10-^ mal so groß wie der Verluststrom der Dioden vor dem Versuch. So sieht man, daß Halbleitervorrichtungen mit einem vorstehend beschriebenen Passivierungsfilm in den elektrischen Eigenschaften nicht ausreichend stabil sind.
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Im Rahmen der Erfindung wurden diese Tatsachen, nämlich diese Verschlechterungserscheinungen, unter verschiedenen Gesichtspunkten untersucht, und es ergaben sich die folgenden Schlüsse:
Es werden an der Halbleiteroberfläche unterhalb des Siliziumoxydfilms Elektronen induziert und formen dort einen η-Kanal. Das bedeutet, daß das Ende eines pn-Überganges, das an der Halbleiteroberfläche freiliegt, durch die Ausdehnung des η-Kanals zum Umfangsteil des Siliziuraoxyd- ^ films verschoben wird. So ist dies dem Freilegen des vergrößerten pn-Überganges an das Ende des Siliziumoxydüberzugs äquivalent, und es ist dann natürlich, daß die elektrischen Eigenschaften durch das Eindringen von Natriumionen od. dgl. von der freiliegenden Seitenfläche des Siliziumoxydfilms her beeinflußt werden.
Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde vorgeschlagen, den Siliziumoxydfilm einschließlich der Seitenflächen mit einem Siliziumnitridfilm (Si„N.) zu bedecken. Dies ist in der schwebenden US-Patentanmeldung S.N. 701 988 beschrieben. In Halbleitervorrichtungen mit einem suchen Aufbau sind die elektrischen Eigenschaften, da die Siliziumoxyd- ψ filme völlig gegen die äußere Atmosphäre abgeschirmt sind, gegenüber Umweltbedingungen, wie Feuchtigkeit, ziemlich stabil.
Da jedoch der Si N.-Film eine starke Tendenz aufweist, die Halbleiteroberfläche in den η-Typ umzuwandeln, wird z. B. in einer Halbleitervorrichtung, in der ein pn-übergang gebildet ist, indem η-Typ-Verunreinigungen in einen p-Typ-Halbleiterkörper eindiffundiert sind, und die Oberflächenzone des Körpers, bis zu der sich der pn-übergang erstreckt, mit einem Siliziumoxydfilm und der Siliziumoxydfilm weiter völlig mit einem Si_Nj,-Film bedeckt ist, ein η-Kanal unterhalb des Passivierungsfilms erzeugt· Dement-
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sprechend kann man annehmen, daß der pn-übergang der Außenatmosphäre außerhalb des Passivierungsfilms ausgesetzt ist. Daher bleibt, auch wenn die Vorrichtung gegen das Eindringen äußerer Verunreinigungen, von Feuchtigkeit usw., verhältnismäßig stabil ist, die Instabilität aufgrund des n-Kanals bestehen.
Um den Einfluß des erwähnten η-Kanals zu vermeiden, ist es erforderlich, im Oberflächenteil des Halbleiterkörpers eine Hochverunreinigungs-p-Typ-Zone unter Umfassung des Schaltungselements zu bilden, um den η-Kanal elektrisch zu trennen, der sich unter dem Passivierungsfilm bildet. Diese ein Stromkreiselement umfassende Verunreinigungszone wird "Ring" genannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, deren elektrische Eigenschaften unabhängig von der äußeren Atmosphäre stabil sind, und ein Verfahren zu jLhrer Herstellung anzugeben. Gleichzeitig soll durch die Erfindung ein Veg gezeigt werden, zu einem Halbleiterelement mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften zu gelangen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleitervorrichtung gelöst, die durch
einen Halbleiterkörper mit einer Hauptoberfläche und mindestens einem bis zur Hauptoberfläche reichenden pn-übergang,
einen ersten Isolierfilm, der wenigstens eine Schicht aus Siliziumoxyd umfaßt und auf der Hauptoberfläche unter Bedeckung des Endes des pn-Übergangs angeordnet ist, und
einen zweiten Isolierfilm gekennzeichnet ist, der die ganze Oberfläche des exsten Isolierfilms bedeckt und
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wenigstens eine Schicht aus solchem Material umfaßt, das in der Oberflächenzone des Hälbleiterkörpers darunter einen p-Kanal induziert, wodurch die elektrischen Eigenschaften des pn-Überganges stabilisiert sind.
Der erste Isolierfilm kann aus einer einzigen oder aus zwei Schichten bestehen, wie in der Tabelle 1 angegeben ist,
Tabelle 1
Aufbau Zusammensetzung
Einzelschicht Siliziumoxyd
Siliziumoxyd und phosphorhaltiges Siliziumoxyd
Doppelschicht Siliziumoxyd und bleihalti
ges Siliziumoxyd
Siliziumoxyd und borhaltiges Siliziumoxyd
Diese Tabelle zeigt typische Beispiele und soll keine Beschränkung bedeuten.
Die Herstellung eines Siliziumoxydfilms kann nach einem der folgenden Verfahren durchgeführt werden:
(a) Direkte Oxydation durch Hochtemperaturreaktion, wenn der Halbleiterkörper aus Silizium ist,
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(b) direkte Oxydation durch Niedrigtemperaturreaktion, wenn der Halbleiterkörper aus Silizium ist, und zwar wahlweise Oxydation durch Hochdruck-Wasserdampf, oxydierendes Plasma, Wasserdampfbehandlung oder Anodisierung,
(c) Niederschlagung von außen durch Reaktion der thermischen Zersetzung eines Organo-Oxysilans, Dampfreaktion des CO -Verfahrens, Oxydation von SiH. , Übertragung durch HF oder Hydrolyse von SiBr^ und
(d) direkte Niederschlagung durch Aufsprühen oder Aufdampfen.
Ein phosphorhaltiger Siliziumoxydfilm kann durch Niederschlagen von PO. auf einer Siliziumoxydschicht und anschließendes Eindiffundieren des Phosphors in die Siliziumoxydschicht unter Wärmebehandlung oder Einführen von PH_- Gas in die Reagenzien hergestellt werden, wenn man den Siliziumoxydfilm nach der chemischen Dampfniederschlagsmethode (CVD-Methode) niederschlägt. In gleicher Weise kann ein bleihaltiger Siliziumoxydfilm durch Niederschlagen von PbO auf einem Siliziumoxydfilm und Wärmebehandlung der Einheit hergestellt werden. Ein borhaltiger Siliziumoxydfilm kann durch Zumischen von B Hg-Dampf zu Silangas zwecks Niederschlagung auf einem Halbleiterkörper hergestellt werden.
Der zweite Isolierfilm, der den ersten Isolierfilm vollständig bedeckt, kann aus irgendeinem der in der Tabelle 2 angegebenen Materialien bestehen.
Tabelle 2 (s. Seite 8)
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Tabelle
Aufbau
Zusammensetzung
Einzelsohlent
Aluminiumoxyd Alumino-silikat-Glas Phosphor-alumino-silikat-Glas
Doppelschicht
Aluminiumoxyd und Siliziumnitrid
Alumino-silikat-Glas und Siliziumnitrid
Phosphor-alumino-silikat*<Glas und Siliziumnitrid
Irgendeines der folgenden Verfahren kann zur Herstellung eines Aluminiumoxydfilms angewendet werden:
(a) thermische Zersetzung einer organischen Verbindung (CVD-Methode),
(b) Zersetzung einer organischen Verbindung in einem Entladungsgas,
(c) Niederschlagung und anschließende Oxydation von Aluminium, und
(d) Oxydations-Reduktionsreaktion von Aluminiumhalid.
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Das Verfahren gemäß (c) ist verhältnismäßig einfach durchzuführen, ergibt jedoch kaum einen dicken FiIm1 Die Verfahren gemäß (a) und (d) gehören zur chemischen Dampfniederschlagsmethode, und das Herstellen eines Films nach diesen Verfahren ist leicht. Das Verfahren nach (b) ist noch im Forschungsstadium.
Ein Alumino-Silikat-Glas oder Phosphor-Alumino-Silikat-Glas kann bei der Herstellung eines Aluminiumoxydfilms nach der CVD-Metliode durch Einführen von Silan- oder Phosphin-(PH -) Gas in das Reaktionsgas hergestellt werden.
Die genannten Verfahren sind Beispiele und sollen die Erfindung nicht beschränken.
Die Gründe zur Wahl von Aluminiumoxyd (Alpe-) als Hauptbestandteil des zweiten Isolierfilms sind:
(a) Es hat einen im wesentlichen gleichen Abschirmeffekt gegen Verunreinigung, Feuchtigkeit usw. wie den des Siliziumnitridfilms (Si N^),
(b) seine Herstellung ist ähnlich der von Si„N^ leicht
(c) es hat eine negative Ladung, entgegengesetzt der positiven Ladung eines Si„N.-Films und damit eine Tendenz, einen p-Kanal in der darunterliegenden Oberflächenzone eines Halbleiterkörpers zu bilden, so daß, wenn ein Siliziumoxydfilm als erster Isolierfilm verwendet wird, der n-Kanaleffekt des Siliziumoxydfilms durch den p-Kanaleffekt des Al O -Films, der darüber angeordnet ist, kompensiert werden kann, um den effektiven Kanaleffekt des Passivierungsfilms zu vermindern. Die Eigenschaft (c) ist ein bemerkenswerter Unterschied und Vorteil gegenüber dem n-Kanal-Effekt des Si N.-Films, durch den der Grad des n-Kanal-Effekts eines Siliziumoxydfilms weiter verstärkt wird.
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Gemäß der Erfindung läßt sich, daher der Grad des n- oder p-Kanal-Effekts durch Einrichtung des ersten und des ziveiten Isolierfilms steuern. So ist es möglicii, einen n-Kanal unschädlich zu machen und, wenn es erforderncli ist, einen p-Kanal zu bilden.
Weiter kann der Ring, der im Falle des Si„X.-Films erforderlich war, überflüssig werden, da dear Kanaleffekt durch Steuerung des ersten und des zweiten Isolierfilms merklich zu vermindern ist.
Die Erfindung wird durch die in der Zeichnung veranschaulichten Ausführung-sbeispiele näher erläutert! darin zeigen: ;
Fig. 1 bis 5 die Herstellungsschritte einer Diode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindungι
Fig. 6 schematisch einen Reaktionsofen zur Herstellung eines Al_O -Films nacl
Dampfniederschlagen^ thode;
lung eines A1_O -Films nach der cliemisehen
Fig. 7 bis 11 die Herstellungsschritte eines Transistors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 12 scheraatisch einen Reaktionsofen zur Herstellung eines Phosphorglasfilms;
Fig. 13 bis 17 die Herstellungsschritte einer integrierten Schaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 18 einen Querschnitt einer Diode mit einem Hing gemäß einem weiteren Ausfülirungsbeispiel der Erfindung;
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Figc 19 einen Querschnitt einer Diode nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der zweite Isolierfilm aus einer Doppelschicht aus einem Al 0 - und einem Si N.-Film besteht; und
Fig. 2O einen Querschnitt eines MOS-Typ-Feldeffekt-Transistors nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beispiel 1
Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine Halbleitervorrichtung, insbesondere eine Diffusionstyp-Diode, wie sich aus der Erläuterung; der verschiedenen Herstellun^sscliritte ergibt. Allgemein werdeii Halbleitervorrichtungen, wie z. B. Dioden, Transistoren, integrierte Schaltungen od. dgl. in einer Mehrzahl in einer Halbleiterwaffel hergestellt, jedoch wird in den Ausführungsbeispielen jeweils nur ein einzelnes solches Element beschrieben. Außerdem sind die Hauptteile maßstäblich übertrieben dargestellt.
In Fig. 1 ist ein p-Typ-Siliziumkörper 1 mit einem thermischen Oxydfilm 2 bedeckt, der auf eine Dicke von etwa 1000 X gebracht ist. Der yorbestimmte Teil 3 des Siliziumoxydfilms 2 ist entfernt, um die Siliziumoberfläche freizulegen, wozu die Photoätztechnik oder die Photograviertechnik angewendet wird. Eine η-Typ-Verunreinigung, wie z. B. Phosphor, wird in den Siliziumkörper 1 durch die Öffnung 3 eindiffundiert, um eine n-Typ-Diffusionszone k zu erzeugen. Dann werden Löcher 5» 6 und 7 in den Siliziumoxydfilm 2 photograv±ert (wie Fig. 2 zeigt). Weiter wird der Halbleiterkörper 1 auf einen Träger 21 in einem in Fig. 6 dargestellten Reaktionsofen 20 gebracht. Man läßt in diesen Reaktionsofen Stickstoffgas mit einer Geschwin-
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digkeit von 20 1 pro Minute als Trägergas einströmen, und weiteres Stickstoffgas strömt durch ein Gefäß, welches Triäthoxyaluminium 22 mittels eines Heizgeräts 23 auf einer Temperatur von 180 °C enthält, und wird in die Ofenatmosphäre mit einer Geschwindigkeit von 5 1 pro Minute eingelassen, während der Halbleiterkörper 1 durch einen Haupterhitzer 25, der an einem Reaktionsrohr 24 vorgesehen ist, auf einer Temperatur von 350 bis 450 °C gehalten wird. Unter diesen Bedingungen zersetzt sich Triäthoxyaluminiumgas thermisch im Reaktionsofen, so daß Aluminiumoxyd auf dem Halbleiterkörper 1 mit einer Geschwindigkeit von etwa 5000 X pro Stunde niedergeschlagen wirdo Der niedergeschlagene Aluminiumoxydfilm ist in Fig. 3 mit 8 bezeichnet. Hier ist die Dicke des Aluminiumoxydfilms etwa 1000 X. Dann wird ein Teil des Aluminiumoxydfilms direkt im Kontakt mit der Halbleiteroberfläche entfernt, um Löcher 9» 10, 11 und 12 durch Photogravieren (Fig. 4) herzustellen. Es soll bei diesem Schritt festgestellt werden, daß der zuerst gebildete Isolierfilm 2 aus Siliziumoxyd an keiner Stelle direkt nach außen freiliegen sollte. Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde Fluorwasserstoffsäure als Ätzmittel für den Aluminiumoxyd-(Al„0,-)Film verwendet.
Dann werden Metallelektroden 13 und 14, wie z. B. aus Aluminium, aus der Dampfphase auf den freiliegenden Teilen der Halbleiteroberfläche niedergeschlagen, wie Fig. 5 zeigt«. Nach der Fertigstellung jedes Elements wird es von den anderen durch Abschneiden längs der gestrichelten Linien AA1 und BB1 in Fig. 5 getrennt.
In diesem Ausführungsbeispiel besteht eine starke Möglichkeit, daß an der Grenzfläche des ersten und des zweiten Isolierfilms eine Mischschicht aus Siliziumoxyd und Aluminiumoxyd, d. h. Alumino-Silikat-Glasschicht gebildet wird.
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Wie vorstehend, beschrieben, ist es, da der Aluminiumoxydfilm eine Tendenz zur Bildung eines p-Kanals an der Halbleiteroberfläche hat, möglich, den Kanaleffekt des Passivierungsfilms an der Halbleiteroberfläche im Zusammenhang mit dem Siliziumoxydfilm stark zu reduzieren. Weiter hat der Aluminiumoxyd- oder Aluinino-Silikat-Glasfilm eine besonders starke Eignung zur Abschirmung gegen Feuchtigkeit und Verunreinigung, wodurch eine sehr verläßliche Halbleitervorrichtung erzielt wird.
Als die Diodenelemente gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 einer Messung des Gegens tr orn/Spannungs Verhaltens nach einem Halten der Vorrichtungen, die in eine NaOH-Lösung getaucht waren, in einer Thermostatkammer von 200 C für Stunden im Zustand des Lawinendurchsciilags unter Anlegung einer Gegenvorspannung unterzogen wurden, konnte kein Anstieg des Verluststroms gefunden werden. Aus diesem Ergebnis sieht man, daß die Anordnung des vorbeschriebenen Passivierungsfilms sehr wirksam gegen Verunreinigung von außen ist.
Indem in Fig. 5 gezeigten Element endet ein n-Kanal 15» der von der n-Diffusionszone ausgeht, vollkommen am Ende 16 des Siliziumoxydfilms und erreicht offenbar durch den Einfluß des den Siliziumoxydfilm bedeckenden Al_0„-Films keine freiliegende Oberfläche, da der Teil der Halbleiteroberfläche in direkter Berührung mit dem Al-O -Film einen p-Kanal bildet.
Beispiel 2
Die Fig. 7 bis 11 zeigen einen pnp-Transistor im Lauf der verschiedenen Herstellungsschritte· Xn einem planaren pnp-Typ-Transistorelement 30 werden zwei pn-übergänge 31 und 32 erzeugt, die bis zu der Halbleiteroberfläche reichen,
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auf der ein Siliziumoxydfilm 33 bleibt, der als Maske in dem selektiven Diffusionsprozeß von p- und η-Typ-Verunreinigungen verwendet wird. Unter dem Siliziumoxydfilm wird ein η-Kanal gebildet, dessen Auftreten während des Betriebs variieren und die elektrischen Eigenschaften des Elements verändern würde, da in dem Siliziumoxydfilm vorhandene- N'atriumionen unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes beweglich sind. Als Mittel, um dies zu verhindern, wird Phosphor in einen Siliziumoxydfilm eingebracht, um dadurch bewegliche Ionen in dem Siliziumoxydfilm zu fixieren. So wird ein phosphorhaltiger Siliziumoxydfilm "}k auf dem Siliziumoxydfilm 33 in folgender Weise gebildet:
Das Element 30 mit dem Siliziumoxydfilm 33 wird auf einem Heizträger 51 in einem Reaktionsoi'en 5° angeordnet und durch einen Widerstandsheizofen 52 auf eine Temperatur von 1100 C erhitzt, wie Fig. 12 zeigt. POCl -dampfhaltiges Sticks toffgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 500 cc/min, anderes Stickstoffgas mit 1 l/min und Sauerstoffgas mit 500 cc/min werden in das Reaktionsrohr eingeführt, um eine P 0_-Gasatmosphäre in der Umgebung des Elements zu erzeugen, wodurch eine phosphorhaltige Glasschicht auf dem Siliziumoxydfilm bis zu einer Dicke von etwa 1000 A erhalten wird. Dann wird das Element einer Wärmebehandlung bei 1100 0C für 10 Minuten in dem Ofen unterworfen, durch den man jetzt nur Sauerstoffgas strömen läßt, um einen phosphorhaltigen Siliziumoxydfilm 3k zu bilden. Dieses Verfahren macht den Transistor hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften stabil. Jedoch kann der phosphorhaltige Siliziumoxydfilm leicht Feuchtigkeit absorbieren. Daher ist folgendes Verfahren erforderlich:
Durch Photogravieren werden Löcher 35» 3^» 37 und in den Isolierfilmen 33 und 3k des Doppelschichtaufbaues nach Fig. 8 hergestellt. Dann wird ein Alp0„-Film 39 nach der im Beispiel 1 angewendeten Methode auf dem Silizium-
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BAD ORiG
körper niedergeschlagen, wie Fig. 9 zeigt. Anschließend werden in den vorbestimmten Teilen des Al O -Films im direkten Kontakt mit dem Halbleiterkörper (Fig. 10) Löcher kO, 41 , k2 und hj hergestellt, und Aluminium wird in den Löchern ^1, k2 und h3 niedergeschlagen, um Elektroden kk, h^) und hb als Kollektor-, Basis- und Emitterelektroden herzustellen, wie Fig. 11 zeigt. Das Transistorelement wird von der restlichen Halbleiterwaffei durch Abschneiden längs der Linien CC und DDf getrennt.
Da in diesem Ausführuiigsbeispiel ein Al20„-Film auf einem phosphorhaltigen Siliziumoxydfilm nach der CVD-Methode erzeugt wird, ist es sehr wahrscheinlich, daß eine lüschschicht von Al O„, ^p0=» un<i Siliziumoxyd, wie z. B. eine Phosphor-Alumino-Silikat-Glasschicht an der Grenzfläche erzeugt wird. Versuche zeigten, daß das Phosphor-AIumino-Silikatglas ausgezeichnete Feuchtigkeitsschutzeigenschaften besitzt.
Im Fall der ausdrücklichen Bildung einer Phosphor-Alumino-Silikatglasschicht als zweiten Isolierfilm kann die Herstellung durch Einführen einer Gasmischung einer organischen Verbindung von Aluminium, POCl9 und Silan bewerkstelligt werden. Das Phosphor-Alumino-Silikatglas hat eine Funktion des Stabilisierens der elektrischen Eigenschaften sowie der Feuclitigkeitsschutzeigenschaf ten.
Beispiel 3
Die Fig. 13 bis 17 zeigen eine integrierte Halbleiterschaltung, die unter Verwendung der Planartechniken hergestellt wurde, in verschiedenen Schritten des Herstellvorgangs, insbesondere einen Transistorteil. Die Hauptteile sind maßstäblich übertrieben dargestellt. Andere Schaltkreiselemente, wie Dioden, Widerstände usw. könnten leicht
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als Anwendungsfälle der Herstellung eines Transistors gefertigt werden.
Nach Fig. 13 wird auf einer Oberfläche eines n-Typ-Siliziumgrundkörpers 60 mit einem Widerstand von 10 Ci cm eine p-Typ-Epitaxialschicht 61 mit einem Widerstand von 0,5 Λ cm und einer Dicke von 5 /U unter Anwendung der Reduktion von SiCl, durch Wasserstoff hergestellt. Auf dem Siliziumkörper wird durch thermische Oxydation od. dgl. ein Siliziumoxydfilm 62 erzeugt. Nach dem Photogravieren eines Loches oder mehrerer Löcher in dem vorbestimmten Teil oder vorbestimmten Teilen des Siliziumoxydfilms wird eine η -Typ-Zone 36 durch Eindiffundieren einer n-Typ-Verunreinißung durch die Epitaxialschicht 61 erzeugt. Dieser Diffusiohsvorgang wird "Isolierung" genannt. Die p-Typ-.kpi taxi al ζ one ist nämlich durch n-Typ-Zonen isoliert. Dann werden eine ii- und eine p-Typ-Verunreinigung nacheinander und selektiv in die isolierte n-Typ-Epitaxialzone eindiffundiert, um eine n-Typ-Diffusionszone Ck und p+-Typ-Diffusionszonen 65 und 66 zu bilden, die einen Transistor ergeben. Insbesondere bildet die p-Typ-Zone 61, umgeben von der η -Typ-Zone 63, die Kollektorzoner die n-Typ-Diffusionszone 64, die Basiszone und die p+-Typ-Diffusionszone 65 die Emitterzone. Die ρ -Typ-Diffusionszone 66 stellt die Elektrodenzone der Kollektorzone 61 dar. Auf der Oberfläche des ^albleiterkörpers wird nach der Bildung der integrierten Schaltung ein Siliziumoxydfilm 62 mit nicht gleichmäßiger Dicke erzeugt.
Dann werden Löcher 67, 68 und 69 in den gewünschten Teilen des Siliziumoxydfilms 62 erzeugt, wie Fig. 14 zeigt. Anschließend wird die Anordnung in eine Mischatmosphäre aus Silandampf und Triäthoxyaluminiumdampf eingeführt und auf eine Temperatur von etwa 350 bis 450 C erhitzt, wodurch eine Alumino-Silikat-Glasschicht 70 auf der Oberfläche niedergeschlagen wird, wie Fig. 15 zeigt. Öffnungen 71*
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72 und 73 werden in den gewünschten Teilen dieses glasartigen Films 70 (Fig. 16) hergestellt und Leitmetallschichten 7^» 75 und 76 werden aus der Dampfphase selektiv auf der Halbleiteroberfläche in den Löchern und auf dem glasartigen Film niedergeschlagen, um die Verdrahtung der gewünschten integrierten Schaltung vorzunehmen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind der erste und der zweite Isolierfilm Siliziumoxyd bzw. Alumino-Silikatglas. Indessen ist es klar, daß statt dessen irgendeines der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Materialien verwendet werden könnte.
Unter einem anderen Gesichtspunkt enthält der erste Film, welcher aus dem Siliziunioxydfilm besteht, der als Maske beim selektiven Diffusionsvorgang in den einzelnen Ausführungsbeispielen verwendet wurde, unvermeidlich eine große Menge Verunreinigung oder Verunreinigungen, so daß die Möglichkeit besteht, daß die in dem Film vorhandene Verunreinigungsmenge einen schlechten Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften des pn-Überganges ausübt.
Um einen solchen Einfluß zu vermeiden, können alle Siliziumoxydüberzüge, die als Maske benutzt wurden, durch Fluorwasserstoffsäure entfernt werden, und man kann dann einen reinen Siliziumoxydfilm durch thermische Zersetzung von SiIan, Aufsprühen od. dgl. auf die Halbleiteroberfläche wieder aufbringen, der dann als erster Isolierfilm dient.
Beispiel h
Fig. 18 zeigt eine Halbleitervorrichtung mit einem Ring.
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Eine Diode umfa.'Jt einen p-Typ-Siliziumkörper 80, eine n-Typ-Diffusionszone 81 und einen die Halbleiteroberfläche zur elektrischen Passivierung des pn-Überganges bedeckenden Siliziumoxydfilm 82. Dieser Siliziumoxydfilm kann Phosphor, Blei oder Bor in der Oberflächenzone enthalten. Ein zweiter Isolierfilm 83 besteht hauptsächlich aus Al0O und bedeckt den ganzen ersten Isolierfilm 82, Unter dem Passivierungsfilm ist eine ρ -Typ-Oiffusionszone 84 vorgesehen, die den pn-übergang zwischen dem p-Typ-Körper 80 und der n-Typ-Diffusionszone 8l umgibt. Dieser ρ -Ring 84 durchschneidet elektrisch den Kanal. Selbst wenn der Grad des Kanaleffekts gemäß der Erfindung sehr gering gehalten werden kann, ist zu empfehlen, einen solchen Hing um den pn-übergang herum vorzusehen, um den verbleibenden Kanaleffekt, soweit vorhanden, weiter zu reduzieren.
Beispiel 5
Fig. 19 zeigt noch ein Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung, in dem der zweite Isolierfilm einen Doppelschichtaufbau hat.
Ein Halbleiterkörper 90 enthält eine n-Typ-Diffusionszone 91, die mit einem ersten Isolierfilm 92 aus Siliziumoxyd und zweiten Isolierfilmen 93 und 94 aus Al2O- bzw. Si N. bedeckt ist, die den ersten Film 92 völlig bedecken.
Beispiel 6
Fig. 20 ist ein Querschnitt eines MOS-Typ-Feldeffekttransistors, der einen p-Typ-Siliziumkörper 100 und n-Typ-Diffusionszonen 101 und 102 als Emitter- und Kollektorzone umfaßt. Der erste Isolierfilm 103 besteht aus Siliziumoxyd und der zweite Isolierfilm 1θ4 aus Al 0„, der den ganzen
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ersten Isolierfilm TO3 bedeckt. Emitter-, Gatter- und Kollektorelektroden sind bei 105 bz\%-. 106 bzwc 107 gezeigt. Ein Kanal 108, der den Emitter und den Kollektor verbindet, ist direkt unterhalb des Siliziumoxydfilms erzeugt und in seinem Leitfähigkeitstyp und dem Grad des Kanaleffekts dux^ch die Dicken des ersten (Siliziumoxyd-) und des zweiten (Al On)-Isolierfilms steuerbar.
Allgemein variieren die Eigenschaften eines MOS-Typ-Feldeffekttransistors sehr mit der Oberflächendichte eines Kanals. Da die herkömmlichen MOS-Typ-Feldeffekttransistoren nur einen Siliziumoxydfilm tragen, sind sie anfällig, durch das Eindringen von metallischen Ionen und/ oder Feuchtigkeit verunreinigt zu werden, die in der Uragebun^satmosphäre vorhanden sind. Dementsprechend wird die Oberflächendichte eines Kanals durch die äußere Atmosphäre sein· beeinflußt, was in einer Instabilität des Transistors resultiert. Doch wird diese Instabilität durch Anordnung eines zweiten Isolierfilms beseitigt, der den ersten Isolierfilm völlig bedeckt, wie Fig. 20 zeigt.
Aus dieser bisherigen Beschreibung ergibt sich, daß eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung gegen Verunreinigung während der Schritte des Niederschiagens von Aluminium zum Verdrahten und als Elektroden, des Photoätzens und des Zusammenbaus geschützt ist, was durch Anbringung des zweiten Isolierfilms erreicht wird.
Insbesondere beim Niederschlagen von Aluminium können sonst Natriumionen in das Element eindringen. Daher ist es sehr vorteilhaft, die Elemente beim Herstellen gegen Natrium zu schützen.
Weiter sind die Halbleitervorrichtungen gemäß der Erfindung im Fäll langen Dauerbetriebs in verschiedenen Atmosphären in ihren Eigenschaften stabil und haben eine längere
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Lebensdauer und höhere Verläßlichkeit als die herkömmlichen halbleitervorrichtungen. Venn man den ersten Film stabil macht, tritt der genannte iiffekt noch bemerkenswerter hervor. Aus diesem Grund wird phosphorhaltiges Siliziumoxyd, bleihaltiges Siliziumoxyd oder borhaltiges Siliziumoxyd auf dem Siliziumoxydfilm vorgesehen.
Es ist möglich, das Induzieren von Elektronen oder Löchern an der ualbleiteroberflache zu verhindern und diesen Zustand stabil zu halten, indem eine zusammengesetzte Schicht aus Siliziumnitrid und Aluminiumoxyd auf dem Siliziumoxydfilm niedergeschlagen wird. --■'-
Unter Ausnutzung des obigen Effekts ist es auch möglich, einen Feldeffekttransistor der Verarmun^s- und Verstärkungsart bezüglich des p- bzw. η-Kanals herzustellen.
Obwohl die Beschreibung von Schaltungselementen mit einem Siliziumkörper gegeben wurde, ist die Erfindung auf die beschriebenen Ausfiihrungsbeispiele nicht beschränkt, sondern Modifikationen sind innerhalb des Bereichs der Erfindung möglich.
Als Halbleitermaterial können Germanium, GaAs und andere Halbleitermaterialien verwendet werden, In diesen Fällen sollte die Siliziumoxydschicht von außen, z0 B. durch thermische Zersetzung von Silan, Aufstäuben od. dgl· hergestellt werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Halbleitervorrichtung, gekennzei c h n e t durch
    einen Halbleiterkörper (z. B. 1) mit einer ^auptoberflache und mindestens einem bis zur Hauptoberfläche reichenden pn-übergang (z. B. λ/k),
    einen ersten Isolierfilm (z. B0 2), der wenigstens eine Schicht aus Siliziumoxyd umfaßt und auf der Hauptoberfläche unter Bedeckung des Endes des pn-Übergangs angeordnet ist, und
    einen zweiten Isolierfilm (z. B. 8), der die ganze Oberfläche des ersten Isolierfilms bedeckt und wenigstens eine Schicht aus einem solchen Material umfaßt, das in der Oberflächenzone des Halbleiterkörpers darunter einen p-Kanal induziert, wodurch die elektrischen Eigenschaften des pn-überganges stabilisiert sind.
    2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Isolierfilm weiter eine Schicht (3*0 umfaßt, die auf der Siliziumoxydschicht (33^ angeordnet und aus einem Material zusammengesetzt ist, das aus der Gruppe phosphorhaltiges Silizium, bleihaltiges Silizium und borhaltiges Silizium gewählt ist.
    3· Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Isolierfilm (z. B. 8 bzwo 39) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe Aluminiumoxyd, Aluminosilikat und Phosphor-Alumino-Silikat gewählt ist.
    k. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie noch eine ringförmige Zone (8k) um-
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    faßt, die den pn-übergang (8O/81) umgibt und unter- der Siliziumoxydschicht (82) angeordnet ist, um einen unter der Siliziumoxydschicht etwa gebildeten Kanal elektrisch zu trennen.
    5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch J9 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Isolierfilm außerdem eine Siliziumnitridschicht (94) umfaßt, die die Schicht (93) aus dem Material bedeckt, das zur Gruppe Aluminiumoxyd, AIuminosilikat und Phosphor-Alumino-Silikat" gehört.
    6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch. folgende Verfahrensschritte:
    Schaffung eines Halbleiterkörpers eines Leitfähigkeitstyps mit einer Hauptoberfläche,
    Bildung eines ersten Isolierfilms aus Siliziumoxyd auf der Hauptoberfläche,
    Schaffung wenigstens eines durchgehenden Loches in der vorbestimmten Zone des ersten Isolierfilms,
    Eindiffundieren wenigstens einer Verunreinigung entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps gegenüber dem genannten Leitfähigkeitstyp in den Körper durch das Loch im ersten Isolierfilm und dadurch Erzeugung wenigstens eines pn-Überganges, der bis zur Hauptoberfläche reicht,
    Entfernung eines Teils des ersten Isolierfilms und dadurch Bildung eines bestimmten Musters des ersten Isolierfilms, wobei der restliche erste Isolierfilm das ganze Ende des pn-Übergangs, der bis zur Hauptoberfläche reicht, bedeckt,
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    Niederschlagung eines zweiten Isolierfilms aus einem aus der Gruppe Aluminiumoxyd, Aluraino-Silikat und Phosphor-Aluinino-Silikat gewählten Material auf dem restlichen ersten Isolierfilm und dadurch vollständige Bedeckung seiner ganzen Oberfläche und
    Freilegung eines Teils der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers durch selektives Wegätzen eines Teils des zweiten Isolierfilms in Berührung mit der Hauptoberfläche, wodurch das knde des pn-Überganges, der bis zur Hauptoberfläche reicht, mit dem ersten und dem zweiten Isolierfilm und die ganze Oberfläche des ersten Isolierfilms mit dem zweiten Isolierfilm bedeckt werden.
    7« Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    Schaffung eines Halbleiterkörpers mit einer Hauptoberfläche ,
    Erzeugung eines Siliziumoxydfilms auf der Hauptoberfläche ,
    Schaffung wenigstens eines durchgehenden Loches in einem vorbestimmten Teil des Siliziumoxydf ilms,
    Eindiffundieren wenigstens einer Verunreinigung in den Halbleiterkörper durch das Loch in dem Siliziumoxydfilm und dadurch Erzeugung wenigstens eines bis zur Hauptoberfläche reichenden pn-Überganges,
    Entfernung des ganzen Siliziumoxydfilms,
    Niederschlagung eines ersten Isolierfilms aus Siliziumoxyd von außen auf der freigelegten Hauptoberfläche,
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    - Zk -
    Entfernung eines Teils des ersten Isolierfilms zum Schaffen eines bestimmten Musters daraus, wobei der restliche erste Isolierfilm das Ende des pn-Übergangs, der bis zur Hauptoberflache reicht, völlig bedeckt,
    Niederschlagen eines zweiten Isolierfilms aus einem aus der Gruppe Aluminiumoxyd, Alumino-Silikat und Phosphor-Al umino-Silikat gewählten Material auf der ganzen Oberfläche des restlichen ersten Isolierfilms,
    Freilegung eines Teils der Hauptoberfläche durch selektives Wegätzen eines Teils des zweiten Isolierfilms in direkter Berührung mit der Hauptoberfläche, wodurch das Ende des pn-Übergangs, der bis zur Hauptoberfläche reicht, mit dem ersten und dein zweiten Isolierfilm und die ganze Oberfläche des ersten Isolierfilms völlig mit dem zweiten Isolierfilm bedeckt werden.
    8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus einem Material, das aus der Gruppe phosphorhaltiges Siliziumoxyd, bleihaltiges Siliziumoxyd und borhaltiges Siliziumoxyd gewählt ist, auf der Siliziumoxydschicht zwecks völliger Bedeckung dieser Schicht erzeugt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7t dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus Siliziumnitrid auf dem zweiten Isolierfilm als Teil dieses Films gebildet wird, wodurch die ganze freigelegte Fläche des darunterliegenden Isolierfilms bedeckt wird.
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