DE2014797B2

DE2014797B2 - Verfahren zum Herstellen von Halbleiterschaltelementen jn einer integrierten Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE2014797B2
Application number: DE2014797A
Authority: DE
Inventors: Michiyoshi Koganei Tokio Maki (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-03-28
Filing date: 1970-03-26
Publication date: 1975-07-17
Also published as: FR2037281A1; NL7004496A; NL154866B; US3725145A; DE2014797A1; GB1310412A; JPS492786B1; FR2037281B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hersteller von Halbleiterschaltelementen in einer integrierten Halbleiterschaltung mit Hilfe der Oxidmaskentechnik, bei dem in einen kristallinen Halbleiterkörper ein Störstoff eindiffundiert wird, der den Leitungstyp des Körpers nicht beeinflußt und dessen Ionenradius von dem Ionenradius des den Halbleiterkörper bildenden Elements verschieden ist und bei dem in die so gebildete erste Zone ein den entgegengesetzten Leitungstyp bestimmender Störstoff eindiffundiert wird, um in dem Körper eine zweite eindiffundierte 2'x>ne auszubilden.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen in integrierten Schaltungen, bei denen viele Schaltungselemente wie Transistoren, Dioden, Widerstände und Kondensatoren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper gebildet werden, ist eier Vorgang des Eindiffundierens des Störstoffes, !insbesondere des selektiven Eindiffundierens eines den Leitungstyp bestimmenden Störstoffes, in das Trägermaterial von großer Wichtigkeit. Ein Erfordernis besteht z. B. darin, daß eindiffundierte Zonen mit unterschiedlichen Diffusionstiefen in einem gemeinsamen Halbleiterkörper gebildet werden können. Um beispielsweise in einem gemeinsamen Halbleiterkörper einen ersten Transistor für Hochfrequenzsignale und einen zweiten Transistor für große Ausgangsleistung herzustellen, ist es zweckmäßig, die Basisbreite des ersten Transistors viel kleiner zu gestalten als die des zweiten Transistors. Bei der Herstellung vielfacher Widerstandszonen mit unterschiedlichen Widerstandswerten in einem gemeinsamen Halbleiterkörper ist es ferner zweckmäßig, die Diffusionstiefen der einzelnen Widerstandszonen unterschiedlich auszuführen, um die Oberfläche des Trägermaterials

³ 4

... auszunutzen. Ferner ist es insbesondere bei Hand der Zeichnungen näher erläutert; in den Zeich-

Halbleiterbauelemenien in integrierten Schaltungen nung zeigt

bekannt, daß eindiffundierte Isolationszonen tiefer F^:g.l(a) bis lfe) Schnittdarstellungen durch gebildet werden sollten als sonstigt eindiffundierte einen Teil einer Anordnung von Halbleiter-Schaltaktive Zonen Bei den bisherigen Verfahren, die mit 5 elementen in verschiedenen Phasen des erfindungsmehreren Difrusionsschntten arbeiteten, um solche gemäßen Herstellungsverfahrens, eindiffundierte Zonen mit unterschiedlichen Tiefen Fig.2 und 3 SchnittdarsteHungen zur Erläutezu bilden, ist es jedoch erforderlich, die Diffusions- rung anderer Ausführungsbeispiele der Erfindung, bedingungen bei jedem Diffusionsschritt zu über- F i g. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Vertei-Wachen, was komplizierte Verfahren sowie hohe io lung der Störstoffkonzentration ia einem erfindungs-Kosten zur Folge hat. gemäß hergestellten Halbleiter-Schaltelement,

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Fig.5, 6(a) und 7 schematiche Darstellungen

Verfahren zu schaffen, bei dem sich m einem Diffu eines zur Durchführung der Erfindung geeigneten

sionsvorgang Halbleiterbereiche mit unterschied- Apparates,

licher Diffusionstiefe ausbüden lassen. _l5 Fig.6(i>) ein Diagramm, das eine gewünschte

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem Ver- Verteilung der Heiztemperatur in dem in Fig.6(a) fahren der eingangs bezeichneten Art zur Bildung gezeigten Apparat veranschaulicht, der ersten Zone ein chemisches Element der Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines erfin-Gruppe IV des Periodensystems mit Ausnahme des dungsgemäß hergestellten Halbleiter-Schaltelements, den Halbleiterkörper bildenden Elements selektiv 20 Fig.9(a) bis 9(f) und 10 (a) bis 10 (e) Quereindiffundiert, und dann wird der den LeitungMyp schnitte durch einen Teil einer integrierten Halbbestimmender Störstoff selektiv sowohl in die erste leiterschaltungsanordnung bzw. durch einen PNP-Zone als auch in einen weiteren Oberflächenbereich Transistor in verschiedenen Phasen des erfindungsdes Halbleiterkörpers, der die erste Zone nicht ent- gemäßen Herstellungsverfahrens, hält, eindiffundiert, wobei außer der zweiten eine »5 F i g. 11 (a) ein schematisches Schaltbild, das ein dritte Zone gebildet wird. Feldeffekt-EIemsnt mit isolierter Steuerelektrode mit

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt einer Schutzvorrichtung zeigt, und

das die erste Zone bildende Element der Gruppe IV F i g. 11 (b) einen Querschnitt durch einen nach

des Periodensystems also keine Änderung des Lei- dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten

tungstyps des Halbleiterkörpers, wohl aber eine An- 30 Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode,

derung der Diffusionsgeschwindigkeit des anschlie- . .

ßend eindiffundierten aktiven Störstoffs. Beispiel 1

Dieses Phänomen läßt sich möglicherweise wie Die grundsätzlichen Schritte bei der Herstellung folgt erklären. Wird ein monokristalliner Silizium- von Halbleiterschaltelementen nach der Erfindung körper mit einem derartigen Element in bestimmter 35 sind in F i g. 1 (a) bis 1 (e) für das spezielle Ausfüh-Konzentration dotiert, so bewirkt dieses Element in rungsbeispiel von NPN-Siliziumtransistoren gezeigt, dem Siliziumkörper innere Spannungen oder Ver- die in einem gemeinsamen monokristallinen Siliziumformungen. Die Aktivierungsenergie eines Störstoffs Trägermaterial gebildet werden. in einem kristallinen Körper ist eine Funktion der Wie in F i g 1 (a) gezeigt, wird zunächst ein mono-Oitterkonstante des Körpers. Auch die Diffusions- 4° kristallines N-Siliziumträgermaterial 12 mit einer g ehwindigkeit eines Störstoffs hängt von der Git- Hauptoberfläche von einem schützenden Is.oiierfilm te ι konstante ab. Es ist daher möglich die Diffu- 14 überzogen, der beispielsweise aus Siliziumoxid sionsgeschwindigkeit eines Störstoffs in cmem mono- mit einer Stärke von etwa 5000 bis 6000 A besteht kristallinen Körper dadurch zu steuern, daß die Git- und eine öffnung 16 aufweist, die einen Teil der terkonstante in dem Körper partiell geändert wird. 45 Hauptoberfläche des Trägermaterials 12 freilegt. Der Insbesondere beschleunigt die Eindiffusion von Ger- etwa aus Siliziumoxid bestehende Film 14 kann durch manium oder Zinn in einen monokristallinen SiIi- verschiedene in der Technik bekannte Mittel erzeugt ziumkörper die anschließende Diffusion eines dotie- werden, etwa durch elektrochemische Behandlung renden Störstoffs. oder durch Erhitzen des Trägermaterials auf eine

Es ist zwar aus der schweizerischen Patentschrift 50 Temperatur zwischen 900 und 1300° C in einer

4 64 358 und ähnlich auch aus der französischen dampfhaltigen oxidierenden Atmosphäre; ähnlich

Patentschrift 15 40124 bekannt, die Diffusionsge- kann die öffnung 16 in dem Film 14 durch herkömm-

schwindigkeit eines Störstoffs innerhalb eines Halb- liehe Fotograviertechniken gebildet werden. Wie in

leiterkörpers durch einen anderen dotierenden Stör- F i g. 1 (b) gezeigt, wird dann durch die verschiede-

stoff zu beeinflussen. Bei den bekannten Verfahren 55 nen weiter unten erwähnten Methoden ein Element

werden die beiden Störstoffe nacheinander in einen der Gruppe IV des Periodensystems wie Germanium,

Bereich eindiffundiert, um in aufeinanderfolgenden Zinn, Titan, Zirkonium, Hafnium oder Blei durch

Diffusionsschritten die einzelnen Zonen eines ein- d'e öffnung 16 hindurch selektiv in das Träger-

zigen Transistors herzustellen. Dabei bestimmt der material 12 eindiffundiert, wodurch eine erste ein-

zunächst eindiffundierte Störstoff den einen Lei- 60 diffundierte Zone 18 gebildet wird. Bei diesem Dif-

tungstyp und hat eine verhältnismäßig niedrige Dif- fusionsschritt wird ein (in F i g. 1 (b) nicht gezeigter)

fusionsgeschwindigkeit, während der danach ein- neuer dünner Oxidfilm, der im wesentlichem aus Sidiffundierte zweite Störstoff den entgegengesetzten liziumoxid besteht, an der Oberfläche dieser ersten Leitungstyp bestimmt und im Halbleiterkörper eine Zone 18 gebildet. Die Zone 18 hat den gleichen höhere Diffusionsgeschwindigkeit hat, jedoch in dem 65 Leitungstyp, nämlich N, wie das Trägermaterial 12,

Bereich des ersten Störstoffs selektiv verzögert wird. da ein solches Element den Leitungstyp der Zone

Die Erfindung wird in der nachstehenden Be- nicht beeinflußt. Es ist erwünscht, daß die Oberschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sn flächenkonzentration dieses Elements in der ersten

eindiffundierten Zone 18 nicht unter 10^1β Atomen/cm³ Die folgende Hypothese wird als einer der Hauptliegt. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen vie- gründe für diese Beobachtung angenommen. Da ler Versuche ist festgestellt worden, daß eine Ober- durch «Jen Verfahrensschritt gemäß Fig. 1 (d) Gerflächenkonzentration von über 10¹⁸Atomen/cm^a manium und Bor schon in der Zone 26 enthalten vorteilhafter ist. 5 sind, wird das aus der Eindiffundiening von Germain F i g. 1 (b) gibt die gestrichelte Linie 20 die nium resultierende erweiterte Gitter durch das Ein-Grenzfläche zwischen dem Trägermaterial 12 und diffundieren von Bor kontrahiert. Mit anderen Worder eindiffundierten Zone 18 an, die als diejenige ten, das erweiterte Gitter wird durch das Eindiffun-Grenze definiert ist, an der das eindiffundierte EIe- dieren von Bor kompensiert, und die Gitterkonstante ment in einer Konzentration von 10^1β Atomen/cm³ io in der Zone 26 wird etwa gleich der des Siliziumvorliegt. In dem speziellen Ausführungsbeispiel wird Trägermaterials. Bei dem vorliegenden Ausführungszur Bildung der Zone 18 in das Trägermaterial 12 beispiel wird bei diesem Schritt Phosphor durch die Germanium mit einer Oberflächenkonzentration von öffnungen in die P-Zonen 26 und 28 eindiffundiert, etwa 10²¹ Atomen/cm^s eindiffundiert, und die Grenz- wodurch N-Zonen 38 und 40 von etwa 1 μΐη Dicke linie 20 liegt etwa 5 μπι unter der Hauptoberfläche 15 gebildet werden.

des Trägermaterials. Die Tiefe der eindiffundierten Schließlich werden in dem Film 14 einschließlich

Zone 18 beträgt also etwa 5 μπι. Zu beachten ist, dem neugebildeten Oxidfilm öffnungen gebildet, um

daß der Siliziumoxidfilm 14 eine Stärke von nicht die Oberflächen der Zonen 38, 26, 40 und 28 par-

weniger als 4000 A zum Abdecken der Germanium- tiell freizulegen, und es werden durch herkömmliche

diffusion haben sollte. Wie in F i g. 1 (c) gezeigt ist, 20 Metall-Aufdampf- oder Fotograviertechniken gemäß

werden sodann durch konventionelle Fotogravier- F i g. 1 (e) Metallkontakte 42, 44, 46 und 48 bei-

techniken in dem Film 14 und dem obenerwähnten spielsweise aus Aluminium angebracht. Somit werden

neuen Oxidfilm öffnungen 22 und 24 ausgebildet, in dem gemeinsamen Halbleiterträgermaterial 12

um die Oberfläche der ersten eindiffundierten Zone zwei NPN-Transistoren Tl und T 2 mit N-Emitter-

18 sowie einen weiteren Bereich der Hauptoberfläche 25 zonen 38 bzw. 40, P-Basiszonen 26 bzw. 28 und

des Trägermaterials 12 an einer Stelle, an der die N-Kollektorzonen 50 bzw. 52 hergestellt. Es ist zu

erste Zone 18 nicht ausgebildet worden ist, freizu- beachten, daß die Transistoren Tl und T 2 gemäß

legen. F i g. 1 (e) unterschiedliche Basisbreiten W1 und W 2

Gemäß F i g. 1 (d) wird dann durch die verschie- aufweisen, wobei der Transistor T1 eine Basisbreite

denen herkömmlichen Diffusionsmethoden ein den 30 W1 von etwa 4 μΐη und der Transistor T 2 eine

P-Leitungstyp bestimmender Störstoff wie Bor durch Basisbreite W 2 von etwa 1 μπι hat. T1 kann als

die Öffnungen 22 und 24 in die erste Zone 18 und Transistor für große Ausgangsleistungen und T 2

das Trägermaterial 12 eindiffundiert, um die P-Zo- als Transistor für Hochfrequenzsignale verwendet

nen 26 bzw. 28 zu bilden. Bei diesem Schritt diffun- werden.

diert der Störstoff, wie etwa Bor, in die erste Zone 35 Zur Vereinfachung sind bei diesem Ausführungs-18 tiefer ein als in den anderen Bereich des Träger- beispiel keine Mittel zur gegenseitigen Isolierung der materials 12, da die Anwesenheit eines Elementes Transistoren gezeigt; derartige Mittel können jewie Germanium oder Zinn, wie oben erörtert, die doch in dem Trägermaterial 12 zwischen den KoI-Diffusion eines Störstoffs wie etwa Bor fördert. Bei lektorzonen 50 und 52 nach den herkömmlichen oder diesem Schritt werden wiederum an der durch die 40 den obenerwähnten Methoden ausgebildet werden, öffnungen 22 und 24 freiliegenden Oberflächen neue Beispielsweise kann eine PN-Übergangs- oder di-Oxidfilme 34 bzw. 36 gebildet, die im wesentlichen elektrische Isolation verwendet werden,
aus Siliziumoxid bestehen. An Hand von F i g. 5 bis 7 sollen im folgenden In F i g. 1 (d) geben die Ziffern 30 und 32 die die Verfahren zum Eindiffundieren eines Elements PN-Übergangszonen an, die zwischen den eindiffun- 45 der Gruppe IV wie Germanium und Zinn in ein Sidierten P-Zonen und dem N-Trägermaterial bestehen, liziumträgermaterial beschrieben werden. Die Verwährend D 1 die Differenz zwischen den Diffusions- Wendung von Germaniumhalogeniden wie GeCl₄, tiefen der Zonen 26 und 28 zeigt. Bei diesem spe- Gebr₄ oder -oxiden wie etwa GeO₂ oder GeSi als ziellen Ausführungsbeispiel wurde Bor in das auf Störstoffquelle für das Eindiffundieren von Germaeir Temperatur von etwa 1200⁰C erhitzte Träper- 50 nium in ein Si liziumträgermaterial und die Verwenmattrial 12 bis zu einer Tiefe von etwa 2 μΐη bzw. in dung eines Zinn-Halogenids wie etwa SnCl₄ für das die erste Zone 18 bis zu einer Tiefe von etwa ί μπι Eindiffundieren von Zinn in ein Siliziumträgermatemit einer Tiefendifferenz D 1 von etwa 3 μπι und rial ist sehr zweckmäßig.

einer Oberflächenkonzentration von etwa 10¹⁹ Ato- (A) Ein zum Eindiffundieren von Germanium oder

men/cm^s eindiffundiert Sodann werden in dem Film 55 Zinn unter Verwendung von GeQ₄, GeBr₄ oder

14 sowie den neuerdings gebildeten Oxidfilmen 34 SnQ₄ als Störstoffquelle geeigneter Apparat ist in

und 36 wiederum (nicht gezeigte) öffnungen gebil- F i g. 5 dargestellt. Der Apparat umfaßt einen offenen

det, um die Hauptoberflächen der eindiffundierten rohrförmigen Diffusionsofen 60 mit einem länglichen

P-Zonen 26 und 28 partiell freizulegen, und durch Quarzrohr 62, dessen linkes Ende als Eingangsseite

herkömmliche Diffusionstechniken wird durch die 60 gezeigt ist. Ein Behälter 66 zur Aufnahme von GeCl₄,

öffnungen hindurch in die P-Zonen 26 und 28 ein GeBr₄ oder SnCl₄ wird durch einen Wärmeisolator

N-Störstoff wie Phosphor, Antimon oder Arsen se- auf einer Temperatur von etwa 0⁰C gehalten. In

lektiv eindiffundiert, um die in Fig. 1 (e) gezeigten den Behälter wird Stickstoffgas eingeführt, und das

N-Zonen 38 und 40 zu bilden. Bei diesem Diffu- mit GeCl₄. GeBr₄ oder SnQ₄ gesättigte N_o-Gas

sionsschritt stellt man fest, daß die N-Zonen 38 und 65 (Quellcngas) wird mit einem aus Stickstoff und

40 sich mit im wesentlichen gleicher Tiefe bilden, Sauerstoff bestehenden Trägergas in das Rohr 62 ein-

wobei die Zone 38 ein Element wie Germanium geführt. In dem Rohr 62 sind Halbleiter-Plättchen

enthält. auf ein Quarztablett 64 angeordnet, die durch eine

Heizeinrichtung auf eine Temperatur von 1050 bis 1300° C erwärmt werden. Unter den folgenden Bedingungen wird beispielsweise Germanium in ein Siliziumplättchen mit einer Oberflächen-Störstoffkonzentration von etwa 10²¹ Atomen/cm^s eindiffundiert:

Störstoff quelle GeCl₄

™₈«₈» {S$

Quellengas 20 bis

50 cm³/Min.

Temperatur der Plättchen ... 1200° C
Diffusionsdauer 1 Std.

Diese Bedingungen können entsprechend der gewünschten Oberflächen-Störstoffkonzentration und/ oder der gewünschten Diffusionstiefe geändert werden.

(B) Ein zum Eindiffundieren von Germanium unter Verwendung von GeO₂ als Störstoffquelle geeigneter Apparat ist in F i g. 6 (a) und 6 (b) gezeigt. Die Störstoffquelle GeO₂ wird in ein Quarzschiffchen 68 geladen, und ein aus N₂ und O₂ bestehendes gemischtes Trägergas wird an einer offenen Seite in das Quarzrohr 62 eingeblasen. Es ist zweckmäßig, die Temperaturverteilung in dem Rohr 62 gemäß dem in F i g. 6 (b) gezeigten Diagramm zu halten. Der Teil, in dem sich das Schiffchen 68 befindet, wird durch eine erste Heizeinrichtung auf eine Temperatur von etwa 600° C erwärmt, während der andere Teil, in dem sich die Halbleiterplättchen befinden, von einer zweiten Heizeinrichtung auf eine Temperatur von etwa 1200° C erwärmt wird.

(C) In F i g. 7 ist ein Apparat gezeigt, der sich zum Eindiffundieren von Germanium unter Verwendung eines im wesentlichen aus legiertem GeSi bestehenden Pulver als Störstoffquelle eignet. Der Ofen umfaßt ein geschlossenes Quarzrohr 70. Das im wesentlichen aus legiertem GeSi bestehende Pulver sowie die Halbleiterplättchen werden in Quarzschiffchen 72 bzw. 74 geladen. Es ist zweckmäßig, den Dampfdruck in dem Rohr 70 auf etwa 10~^e Torr zu halten und die Plättchen auf etwa 1200° C zu erwärmen. Zu beachten ist, daß die Zusammensetzung der Störstoffquelle GeSi gemäß folgender Tabelle in Übereinstimmung mit der bestimmten Oberflächen-Störstoffkonzentration der eindiffundierten Zone geändert werden kann:

Oberflächen-Stör- Zusammensetzung des GeSi Stoffkonzentration (Atomprozent)

(Atome/cm³) Ge Si

10
1
0,1

Beispiel 2

90
99
99,9

An Hand von F i g. 2, 3 und 4 soll im folgenden eine Abänderung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden. Das Verfahren zur Herstellung von Halbleiterschaltelementen gemäß diesem Beispiel 2 entspricht dem nach Beispiel 1 mit Ausnahme des in F i g. 1 (d) gezeigten Schrittes für das Eindiffundieren von Bor. Während bei diesem Schritt im Beispiel 1 Bor in das Halbleiterträgermaterial 12 bis zu einer Tiefe von etwa 2 μπι bzw. in die erste Zone 18 bis zu einer Tiefe von etwa 5 μΐη eindiffundiert wird, diffundiert in dem vorliegenden Beispiel 2 das Bor entweder tiefer oder weniger tief als im Beispiel 1. Wie in F i g. 2 gezeigt, diffundiert das Bor in die erste Zone 18 bis zu etwa 4 μΐη, wenn es in das Trägermaterial 12 bis zu etwa 1 μπι Tiefe eindiffundiert. Wie andererseits in F i g. 3 gezeigt, diffundiert

ίο das Bor in das Trägermaterial 12 bis zu einer Tiefe von etwa 4 μπι und in die erste Zone 18 bis zu einer Tiefe von etwa 6 μΐη. Die Differenz D 3 der Diffusionstiofen ist in F i g. 3 (2 μπι) kleiner als die Differenz Dl in F i g. 2 (3 μΐη). An diesen Versuchen ist festzustellen, daß die Differenz D der Diffusionstiefen durch Eindiffundieren eines Störstoffs wie Bor in das Trägermaterial 12 bzw. die erste Zone 18 bis zu einer bestimmten Tiefe gesteuert werden kann. Ferner ist festzustellen, daß dann, wenn eine größere Differenz D der Diffusionstiefen gewünscht wird, ein Störstoff wie Bor in die erste Zone 18 bis zur Tiefe der Grenzlinie 20 für Germanium oder mit im wesentlichen der gleichen Tiefe wie die erste Zone eindiffundiert werden sollte.

Diese Erläuterung ist an Hand von Fig.4 leicht zu verstehen, in der die Verteilung der Störstoffkonzentration in der ersten Zone, in die ein Element wie Germanium oder Zinn bereits eindiffundiert ist, dargestellt ist. In Fig.4 bezeichnen die Punkte P, S und T die Lagen der PN-Übergangszone, die durch Eindiffundieren von Bor in die erste N-Zone 18 gebildet wird, während der Punkt β die Lage der Grenzlinie für die erste Zone 18 angibt, an der Germanium in einer Konzentration von mindestens 10^ie Atomen/cm⁸ vorliegt.

Beispiel 3

Mit den gleichen Schritten wie in Fig. 1 (a) bis 1 (d) bei dem Beispiel 1 lassen sich mehrere eindiffundierte Widerstände, von denen mindestens zwei unterschiedliche Diffusionstiefen aufweisen, in einem gemeinsamen Trägermaterial herstellen. An Stelle des Schrittes für das Eindiffundieren der Emitter gemäß F i g. 1 (e) werden zwei öffnungen in jedem der neugebildeten Oxidfilme 34 und 36 nach F i g. 1 (d) getrennt ausgebildet; sodann werden Metallkontakte daran angebracht, um zwei eindiffundierte Widerstände 26 und 28 mit unterschiedlicher Tiefe zu erzeugen.

Beispiel 4

An Hand von Fig.8 wird ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter PNP-Lateraltransistor erklärt. Dieser Transistor ist ebenfalls nach den Schritten gemäß Fig. 1 (a) bis l(d) des Beispiels 1 mit Ausnahme der Form der ersten eindiffundierten Zone 18 hergestellt. Es wird nämlich in dem Schritt nach F i g. 1 (a) in dem Film 14 eine öffnung 16 von Ringform ausgebildet, und dann wird Germanium oder Zinn durch die öffnung IC in das Trägermaterial 12 eindiffundiert, um die in F i g. 8 gezeigte ringförmige erste Zone 18 zu bilden Sodann werden in dem Film 14 auf der ersten eindiffundierten Zone 18 sowie auf der Hauptfläche des von der ersten ringförmigen Zone 18 umgebener Trägermaterials öffnungen 22 bzw. 24 gebildet. Danach werden durch herkömmliche Metallaufdampfungs- und Fotogravier-Techniken eine Emitterelek-

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trode80 und eine Kollektorelektrode 82 vorgesehen. Oxidfilme. Durch selektives

iüsssÄÄ Ä=-Ä 25aür%siH

herkömmliche Metallaufdampfungs-Techniken Me-B eis pi el 5 tallkontakte 124, 126, 1.28, 130, 132 und 134 bei-

An Hand von Fig.9(a) bis 9(f) wird im folgen- SSS»^AS^ den ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten 10 kontaktieren um "f?-f« »*> "" ί ^rt'^d O^" «eilen D^'i

das Trägermaterial 90 eindiffundiert wird, um gemäß Fig.9(a) eine erste eindiffundierte Zone 96 von etwa 3 um Tiefe und einer Oberflächenkonzentration von mindestens 10^1β Atomen/cm^s zu bilden. Bei diesem Diffusionsschritt bildet sich auf der durch die öffnung 94 freigelegten Oberfläche des Trägermaterials ein neuer dünner Oxidfilm aus. Der Isolationsfilm 92 einschließlich des neugebildeten Oxidfilms wird dann durch ein Ätzmittel entfernt und die Hauptoberfläche des Trägermaterials gereinigt. Wie in F i g. 9 (b) gezeigt, läßt man dann auf der gesamten Hauptoberfiäche eine epitaxiale N-Siliziumschicht 100 einer Dicke von etwa 10 um wachsen. Es ist möglich, daß bei diesem Schritt das vorher eindiffundierte Element wie Germanium oder Zinn etwas in den Bereich der epitaxialen Schicht 100 hineindiffundiert. Auf der Oberfläche der epitaxialen Schicht 100 bildet sich wiederum ein Isolationsfilm 102, etwa ein Siliziumoxidfilm, mit einer Dicke von etwa 5000 bis 7000A. Wie in Fig.9(c) gezeigt, wird in dem Film 102 gitterförmig eine öffnung 104 gebildet, um die Oberfläche der epitaxialen Schicht 100 genau oberhalb der ersten eindiffundierten Zone 96 partiell freizulegen; durch diese öffnung 104 wird ein Element wie Germanium oder Zinn in die epitaxiale Schicht 100 eindiffundiert, so daß die zweite eindiffundierte Zone 106, die eine Oberflächenkonzentration von mindestens 10¹⁸ Atomen/cm³ aufweist, die erste Zone 96 berührt. Bei diesem Diffusionsschritt wird auf der Oberfläche der zweiten Zone ein never Oxidfilm 108 gebildet. Auf diese Weise wird eine epitaxiale N-Zone 107 erzeugt, die von der ersten und der zweiten eindiffundierten Zone 96,106 umgeben ist.

Wie in F i g. 9 (d) gezeigt, werden dann in dem Oxidfilm einschließlich des neuen Oxidfilms öffnungen 109, 111 und 113 ausgebildet, um einen Teil der Oberfläche der zweiten eindiffundierten Zone 106 sowie einen von der öffnung 109 umgebenen Teil der Oberfläche der epitaxialen Schicht 100 partiell freizulegen. Durch diese Öffnungen 109, 111 und 113 wird ein P-Störstoff wie Bor selektiv in die Halbleitermaterialien eindiffundiert. Bei diesem Diffusionsschritt stellt man fest, daß das Bor in die zweite eindiffundierte Zone 106 viel tiefer eindiffundiert als in die epitaxiale Schicht 100, so daß in dem gleichen Schritt eine das P-Trägermaterial 90 berührende P-Zone 110 von etwa 13 μπι Tiefe sowie P-Zoneu 112 und 114 von etwa ? um Tiefe erzeugt werden. Auf der freilegenden Oberfläche der Halb leitermp'Tialit.n bilden sich bei diesem Schritt dünne An Hand
genden _eTn

Beispiel 6

⁸ ^^P

^{deS erfm}"

^{Oberflache eines}

^2U

ΐ ^der- ^H^^pt ^Iso'^atl°^nsfllm

r ^dl« öffnung 146 ^Ge™^ani"^{m sel}f^tlV

Zunächst läßt
monokristallinen
epitaktische p--:
von etwa 5 um wachsen, und
flache dieser Schicht 142 wird
!™^{a ein Siliz}"Jmoxidf;im, mit
5000 bis 8000A und einer

hindurch in die Schic]

eindiffundiert, um eine

148 von etwa 7 um Dicke

zentration von mindestens 10« Atomen/cm" zu for-

flSh ,T v^{Sem Schritt bildet sic}-^{h a}«i der OberwSf S" ^V\^{ein neuer dü}nnner Oxidfilm 150. rtffn, '&! ^(c) ^gtzei&' ^{wird in d}™ Film 144 eine KJ52 vorgesehen, um den Mittelteil der Hauptoberflache der Epitaxialschicht 142 freizu-N Strtmn« ^dUrCA^{h diese öffn}«ngen 152 wird ein um Ρίηϊ · H^^e ^F*⁰ °^{der Anti}™ⁿ eindiffundiert, um eine eindiffundierte N-Zone 154 von etwa 2,5 μΐη

deck7dY_e ^SnⁿhpS" f^Uf ^dÜnner Siliziumfilm 156 bedeckt die Oberflache der Zone 154. In dem Film 144

158 und ifn i^em,^{äß Fi}8- ¹⁰W ^zwe* öffnungen SmP ι!« ^g^^Udtt- ^{um die} Oberfläche der ersten

^"- ]il J¹¹¹S^₁ ⁰¹¹¹S ^s°wie die Oberfläche der N-154 freizuleopn Γ»^^ _{wird durch dje öff}.

eindiffundiert, um gleich-P⁺-Zone 162 (etwa 7μΐη *» _m tv 1 T"7 * -«^"litterzone 164 von etwa

w ein,™*^{6 Z}f ^b„^llden- ^{Bei diesem} Schritt bilden sich wiederum auf der Oberfläche der P+-Zone neue

schließi ^^mmOK^dfiline- ^Gemäß FiS-10 (e) werden 162 flSV" ^obnl^schem Kontakt mit den Zonen trodelfil ^1S4,^eine Plüsche Kollektorelek-

eine mit ..^einK ^m,f^aIhsche Emitterelektrode 168 und diesem ί £ * ^Basiselektrode 170 vorgesehen. Be. die nnof ^aU »^neS PNP-Transistors verhindert Weise ⁸dT!f V'^Zxme ^{162 in sehr} wirksamer KanS«ÄcS.i^{e C}u ^{den Film 144} verursachte terfsS η τ ^{e verschied}enen elektrischen Charak-Si, ,f^SJ^Ta^^mOTS ^beein"«ßt. Außerdem lassen

^" "Γ"Α2?**? ^er?^ielen. ^da die mit dem

11 12

B e i s D i e 1 7 spielsweise 20 bis 40 Volt, zu machen. In die ein-

P diffundierten Germanium- oder Zinnzonen 184 und

In Fig. 11 (a) ist ein Schaltbild für einen Feld- 186 wird Bor sehr tief, beispielsweise mit Tiefen, von

effekt-Transistor mit isolierter Steuerelektrode und 2,5 bis 3 μίτι, eindiffundiert, während es in das Trä-

einer Schutzeinrichtung gezeigt. An Hand von 5 germaterial mit einer Tiefe von 0,3 bis 0,5 μηι ein-

Fig. 11 (b) werden ein Verfahren zur Herstellung diffundiert wird.

eines solchen Transistors sowie das Produkt selbst Wie oben im Zusammenhang mit den Beispielen erläutert. Der Transistor wird nach den folgenden erwähnt, lassen sich Diffusionszonen mit unterschied-Schritten hergestellt: Eine Hauptoberfläche eines licher Diffusionstiefe ohne weiteres in dem gleichen N-Siliziumträgermaterials 180 wird mit einem Isola- io Diffusionsschritt gleichzeitig erzielen, wobei die Diftionsfilm 182, beispielsweise einem Siliziumoxidfilm, ferenz zwischen den Diffusionstiefen durch geeignete in einer Dicke von etwa 5000 A bedeckt; in dem Bestimmung von Menge, Tiefe und/oder Fläche für Film wird ein Paar von öffnungen für Zonen einer den nicht den Leitungstyp bestimmenden Störstoff Quellen- und einer Senkenelektrode gebildet; durch erfindungsgemäß auf einem bestimmten Wert gehaldie Öffnungen wird Germanium oder Zinn in das 15 ten wird. Wie sich ferner ergibt, muß der den Lei-Trägermaterial 180 eindiffundiert, um ein Paar von tungstyp bestimmende Störstoff nicht immer selektiv ersten Zonen 184 und 186 von etwa 3 μπι Tiefe zu in die mit dem Element dotierte Zone eindiffundier! bilden; die öffnungen werden mit dünnen Oxidfilmen werden. Wird beispielsweise ein zweiter den Leibedeckt; in dem Film einschließlich dem neuen Oxid- tungstyp bestimmender Störstoff in die Hauptoberfilm werden drei Öffnungen vorgesehen, um die 20 fläche des Halbleiterträgermaterials einschließlich Oberfläche der beiden ersten eindiffundierten Zonen der Oberfläche der mit dem Element dotierten Zone 184 und 186 sowie einen weiteren Bereich der eindiffundiert, so wird zwischen der zweiten Leitungs-Hauptoberfläche des Trägermaterials, in dem die typs-Zone und dem Trägermaterial eine PN-Oberersten Zonen nicht gebildet sind, freizulegen; durch gangszone mit teilweise unterschiedlichen Tiefen gedie Öffnungen wird Bor in die Zonen 184 und 186 25 bildet.

sowie gleichzeitig in den weiteren Bereich eindiffun- In den oben beschriebenen speziellen Beispieler diert, um eindiffundierte P-Zonen 188, 190 bzw. 192 wurde zur einfacheren Erläuterung der Erfindung eir zu bilden; an den vorbestimmten Stellen werden kristalliner Siliziumkörper als Halbleiter-Träger-Metallelektroden 194, 196, 198, 200 und 202 vorge- material verwendet. Falls statt dessen ein Germasehen; mit der auf der Zone 192 vorgesehenen 30 niumkörper verwendet wird, ist es jedoch zweck· Metallelektrode 200 wird eine Steuerelektrode elek- mäßig, bei den beschriebenen Ausführungsbeispieler trisch verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als den nicht den Leitfähigkeitstyp bestimmender es höchst zweckmäßig, die P-Zone 192 nur sehr Störstoff Silizium, Kohlenstoff, Zinn, Titan, Zirko· flach, beispielsweise mit einer Tiefe von nicht mehr nium, Blei oder Hafnium oder ein Element dei als 0,5 μΐη, auszubilden, um die Durchbruchspan- 35 Gruppe IV des Periodensystems (außer Germanium' nung der PN-Übergangszone 193 sehr niedrig, bei- zu verwenden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiterschaltelementen in einer integrierten Halbleiterschaltung mit Hilfe der Oxidmaskentechnik, bei dem in einen kristallinen Halbleiterkörper ein Stöistoff eindiffundiert wird, der den Leitungstyp des Körpers nicht beeinflußt und dessen Ionenradius von dem Ionenradius des den Halbleiterkörper bildenden Elements verschieden ist, und bei dem in die so gebildete erste Zone ein den entgegengesetzten Leitungstyp bestimmender Störstoff eindiffundiert wild, um in dem Körper eine zweite eindiffundierte Zone auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der ersten Zone ein chemisches Element der Gruppe IV des Periodensystems mit Ausnahme des den Halbleiterkörper bildenden Elements selektiv eindiffundiert und dann der den ao Leitungstyp bestimmende Störstoff selektiv sowohl in die erste Zone als auch in einen weiteren Oberflächenbereich des Halbleiterkörpers, der die erste Zone nicht enthält, eindiffundiert wird, wobei außer der zweiten eine dritte Zone gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite eindiffundierte Zone im wesentlichen die gleiche Tiefe hat, wie die erste eindiffundierte Zone.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter den umgekehrten Leitungstyp erzeugender Störstoff selektiv in die zweiten und dritten Zonen eindiffundiert und darin eine vierte bzw. eine fünfte Zone gebildet wird, wodurch zwischen den vierten und fünften Zonen und den zweiten und dritten Zonen PN-Ubergänge entstehen, und daß die Oberflächen der zweiten, dritten, vierten und fünften Zone mit Elektroden versehen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Halbleiterkörper aus Silizium, Siliziumoxid als Oxidmaske und als einzudiffundierendes chemisches Element Germanium eier Zinn verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das chemische Element in die erste Zone in einer Oberflächenkonzentration des Elements von mindestens 10¹⁸ Atomen/cm³ eindiffundiert. so

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten und fünften eindiffundierten Zonen im wesentlichen in gleicher Tiefe ausgebildet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Hauptoberfläche des kristallinen Halbleiterkörpers eine epitaktische Halbleiterschicht aufgebracht wird und daß die zweite Zone so lange in die erste Zone eindiffundiert wird, bis sie die Hauptobeirfläche des Trägermaterials erreicht hat.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7 ium Herstellen einer integrierten Halbleiteir-Schaltungsan Ordnung, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Element zur Bildung der eir-•ten Zone gitterförmig in eine Haupteberfläche des einen ersten Leitungstyp aufweisenden Halbleiterträgermaterials eindiffundiert wird, daß auf dieser Hauptoberfläcbe eine epitaktische Halbleiterschicht mit einem zweiten Leitungstyp, der dem ersten entgegengesetzt ist, aufgetragen wird, so daß die gitterförmige erste Zone unter der epitaktischen Schicht begraben wird, daß eic chemisches Element der Gruppe IV des Periodensystems mit Ausnahme des die epitaktische Schicht bildenden Elements in einen Bereich der Schicht oberhalb der ersten gitterförmigen Zone eindiffundiert und eine mit der ersten Zone verbundene zweite gitterförmige Zone gebildet wird, so daß mehrere Bereiche der epitaktischen Schicht vom zweiten Leitungstyp durch diese gitterförmige zweite Zone an der Oberfläche der Schicht voneinander getrennt werden, und daß schließlich der den ersten Leitungstyp bestimmende Störstoff in die zweite Zone eindiffundiert wird, um eine dritte Zone vom ersten Leitungstyp zu bilden, die in der epitaktischea Schicht bis zu deni Trägermaterial reicht, so daß die verschiedenen Zonen vom zweiten Leitungstyp durch die gitterförmige dritte Zone und das Trägermaterial vom ersten Leitungstyp gegeneinander elektrisch isoliert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Element in die erste und zweite Zone in einer Oberflächenkonzentration des Elements von mindestens 10^ie bzw. 10¹⁸ Atomen/cm^s eindiffundiert wird.