DE2020531C2

DE2020531C2 - Verfahren zur Herstellung von Silizium-Höchstfrequenz-Planartransistoren

Info

Publication number: DE2020531C2
Application number: DE2020531A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. Dr. Henning; Konstantin Von Dipl.-Phys. Hoerschelmann; Ingo Dipl.-Phys. Krüger; Herbert Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Weidlich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-04-27
Filing date: 1970-04-27
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2020531A1; CH522291A; JPS5652444B1; NL7104800A; GB1308764A; FR2086373A1; US3798080A; CA918307A; FR2086373B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein solches Verfahren ist aus der Zeitschrift »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Bd. 11, Nr. 7, Dezember 1968, Seiten 864 und 865 bekannt. Mit dem bekannten Verfahren wird die Genauigkeit bei der Herstellung von Transistoren kleiner Abmessungen dadurch verbessert, daß die gegenseitige Lage vom Emitter- und Basiskontaktfenster durch ein und dieselbe Maske festgelegt wird.

Bei Höchstfrequenztransistoren mit einem Aufbau in der sogenannten »Kammstruktur« hängen von der erzielbaren Kleinheit der Abmessungen besonders die Emitterumfangslänge, die Basisquerschnittsfläche und der Basiswiderstand ab. Bei diesen Transistoren sollen nämlich die streifenförmigen Emitterzonen mit ihren Emitterkontaktelektroden möglichst dicht neben den streifenförmigen Basiskontaktelektroden liegen, um eine große Emitterumfangslänge bei kleiner Basisquerschnittsfläche zu erzielen. Außerdem sollen die Emitterzonenstreifen schmal und der Abstand zwischen ihnen klein sein, um einen geringen Basiswiderstand zu erreichen.

Bei dem aus der o.a. IBM-Zeitschrift bekannten Verfahren werden zunächst mittels einer Photolackmaske in die zweite Siliziumdioxidschicht alle gewünschten Fenster gleichzeitig eingeätzt und durch ein weiteres Ätzen diese Fenster durch die Siliziumnitridschicht bis zui ersten Siliziumdioxidschicht geöffnet. Auf die so behandelte Halbleiterscheibe kann noch eine zusätzliche Siliziumdioxidschicht ganzflächig, d. h. einschließlich der Fenster abgeschieden werden. Anschließend

ίο werden zuerst die Basiskontaktfenster bis zur Oberfläche der Basiszone durchgeätzt, dann das Enitterfenster geöffnet und die Emitterzone eindiffundiert. Dazu ist jedoch ein erneutes Abdecken der bereits geöffneten Basiskontaktfenster mittels einer hochtemperaturbeständigen Schicht notwendig. Die Basiskontaktfenster müssen nach der Eindiffusion der Emitterzone wiederum freigeätzt werden. Nach diesem Verfahren werden somit die Basiskontaktfenster mindestens zweimal geätzt. Bekanntlich treten bei jedem Ätzvorgang unerwünschte Unterätzungen ein, die die Genauigkeit der erzeugten Abmessungen verringern. Bei einer angestrebten Konturengenauigkeit von weniger als 1 μπι sind Mehrfachätzungen von Kontaktfenstern wegen der entstehenden Unterätzungen untragbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Siliziumhöchstfrequenz-Planartransistoren anzugeben, bei dem die Positionierung und die Schärfe der vorgesehenen Strukturen mit einer Genauigkeit von Bruchteilen von 1 μπι erreicht

jo werden kann.

Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden einerseits die Vorteile des o. ä. bekannten Verfahrens erhallen.

So ist durch die Verwendung von Siliziumdioxid- und Siliziumnitridschichten ein selektives Ätzen dieser Schichten möglich. Muster, die mittels einer Photolackmaske und Ätzen in die oberste, zweite Siliziumdioxidschicht eingebracht werden, können als Maske zur Ätzung der darunterliegenden Siliziumnitridschicht benutzt werden und die dadurch erhaltenen Muster in der Siliziumnitridschicht können wiederum als Maske zur Ätzung der darunterliegenden ersten Siliziumdioxidschicht benutzt werden. Durch die Lagegenauigkeit der ersten Photolackmaske ist somit die Lagegenauigkeit aller zu erzeugender Fenster gegeben. Fehler in der gegenseitigen Positionierung von Emitterfenster und Basiskontaktfenster, wie sie bei der Anwendung zweier Photolackmasken zur Erzeugung von Basiskontaktfenstern einerseits und eines Emitterfensters andererseits auftreten, werden vermieden. Dadurch, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung die noch nicht zur Oberfläche der Basiszone durchgehenden Basiskontaktfenster durch eine erste Photolackschicht abgedeckt werden, dann das Emitterfenster durch Ätzen geöffnet und die Emitterzone eindiffundiert wird, anschließend das Emitterfenster durch eine zweite Photolackschicht abgedeckt wird und dann die Basiskontaktfenster durch Ätzen bis zur Oberfläche der Basiszone geöffnet werden, wird andererseits außerdem der Vorteil erreicht, daß die auf der Oberfläche der Basiszone liegende erste Siliziumdioxidschicht sowohl bei der Öffnung des Emitterfensters als auch bei der Öffnung der Basiskontaktfenster jeweils nur einmal geätzt wird, so daß die dabei entstehenden Unterätzungen minimali-

siert werden. Somit kann nicht nur die Lagegenauigkeit, sondern auch die Konturenschärfe der anzubringenden Emitterzone, Emitter- und Basiskontaktelektroden soweit erhöht werden, daß Abmessungen auf Bruchteile von 1 μιτι eingehalten werden können. Eine Minimierung der Unterätzung wirkt sich nicht nur günstig auf die Konturenschärfe der herzustellenden Kontaktelektroden aus, vielmehr wird dadurch gleichzeitig die Zuverlässigkeit der erzeugten Kontakte verbessert.

Eine Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 angegeben. In der angegebenen Dicke läßt sich eine Schicht aus Siliziumnitrid auf eine Siliziumdioxidschicht aufbringen, die auf dieser gut haftet. Dabei ist die hierzu erforderliche Temperatur so niedrig, daß die Weiterdiffusion der bereits in den Halbleiterkörper eingebrachten Dotierstoffe vernachlässigbar ist. Auch ist die Termdichte einer Siliziumnitridschicht ausreichend niedrig, so daß von ihr keine störenden Oberflächeneinflüsse ausgehen. Außerdem wirkt die Siliziumnitridschicht in vorteilhafter Weise passivierend auf die Halbleiteroberfläche und ist auch hochtemperaturbeständig, was im Hinblick auf vorzunehmende Diffusionen und Oxidationen von Bedeutung ist.

Anhand der Figuren wird im folgenden in einem Ausführungsbeispiel das Verfahren nach der Erfindung näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 9 zeigen Schnitte durch einen Höchstfrequenztransistor nach verschiedenen Verfahrensschritten seiner Herstellung nach der Erfindung.

Auf einen N-Ieitenden, die Kollektorzone ergebenden und eine P-Ieitende, z. B. bor-dotierte Zone 11 (Basiszone) aufweisenden Halbleiterkörper 10 aus Silizium wird über der Basiszone 11 eine etwa 0,2 μΐη dicke Siliziumdioxidschicht 13 aufgebracht. Diese Siliziumdioxidschicht 13 wird mit einer etwa 0,1 μιη dicken Siliziumnitridschicht 15 und diese mit einer ebenfalls etwa 0,1 μιτι dicken pyrolytischen Oxidschicht 17 beschichtei, vgl. F i g. 1.

Der in der Fig. 1 dargestellte beschichtete Halbleiterkörper wird mit einer lichtempfindlichen Lackschicht 19 versehen, in die durch Belichten und Entwickeln streifenförmige öffnungen 21, 23, 25 eingebracht werden. Durch Ätzen mit Flußsäure werden die Öffnungen 21, 23, 25 der Photolackmaske durch die Oxidschicht 17 bis zur Siliziumnitridschicht 15 vertieft. Dabei greift die Flußsäure die Siliziumnitridschicht 15 nicht an (F i g. 2).

Die Photola-.:kschicht 19 wird durch Spülen entfernt. Dann werden die Öffnungen 21, 23, 25 durch Ätzen mit heißer Phosphorsäure bis zur Siliziumdioxidschicht 13 vertieft. Die heiße Phosphorsäure greift bei diesem Prozeß, bei dem die pyrolytische Oxidschicht 17 als Makse dient, die Siliziumdioxidschicht ?3 nicht an (F ig. 3).

Die Oberfläche der in der Fig. 3 dargestellten Schichtenanordnung wird erneut mit einer lichtempfind

lichen Lackschicht versehen. Diese wird durch Belichten und Entwickeln so entfernt, daß lediglich die Öffnungen 21, 25 von den verbliebenen Resten 31,35 dieser ersten Photolackschicht bedeckt sind. Dann wird die Öffnung 23 durch Ätzen mit Flußsäure bis zur Basiszone 11 vertieft. Dabei werden auch die freiliegenden Bereiche der pyrolytischen Oxidschicht 17 abgeätzt (Fig. 4).

Die Photolackschicht 31, 35 wird entfernt. Unterhalb der Öffnung 23 wird in die Basiszone 11 eine N-Ieitende to Emitterzone 37 durch eindiffundieren von Phosphor eingebracht. Bei der Eindiffusion bildet sich auf der Oberfläche der Emitterzone 37 eine Phosphorglasschicht 39 (F ig. 5).

Die in der F i g. 5 dargestellte Schichtenanordnung wird erneut mit einer lichtempfindlichen Lackschicht versehen. Durch Belichten und Entwickeln wird erreicht, daß lediglich die Öffnung 23 von der zweiten Photolackschicht 41 bedeckt bleibt. Dann werden die Öffnungen 21, 25 durch Ätzen mit Flußsäure bis zur Basiszone 11 vertieft. Gleichzeitig werden die verbliebenen Bereiche der pyrolytischen Oxidschicht )7 mit Flußsäure abgeätzt (F i g. 6).

Die Photolackschicht 41 wird entfernt. Die Phosphorglasschicht 39 wird durch ganzflächiges Überätzen der Oberfläche in Flußsäure abgelöst (F i g. 7).

Die in der F i g. 7 dargestellte Schichtenanordnung wird mit einer Aiuminiumschicht 43 bedampft. Dann wird auf die Aluminiumschicht 43 eine lichtempfindliche Lackschicht 45 aufgebracht, die in der F i g. 8 gestrichelt dargestellt ist. Durch Belichten und Entwickeln wird die Photolackschicht 45 teilweise wieder so entfernt, daß lediglich noch oberhalb der Öffnungen 21, 23, 25 und oberhalb der gewünschten Leiterbahnen, die in den Figuren nicht dargestellt sind, die Teile 51, 53, 55 der Photolackschicht 45 zurückbleiben (F i g. 8).

Die in der Fi g. 8 freiliegenden Teile der Aluminiumschicht 43 werden abgeätzt und die restlichen Teile 51, 53,55 der Photolackschicht 45 entfernt, so daß lediglich noch in den Kontaktöffnungen 21, 23, 25 aus Aluminium bestehende streifenförmige Kontaktelektroden 61, 63, 65 und die zugehörigen nicht dargestellten Leiterbahnen zurückbleiben (F i g. 9).

Die Verwendung der Siliziumnitridschicht 15 als

Maske sowohl für die Basiskontaktelektroden 61 und 65 als auch für die Emitterkontaktelektrode 63 ergib· eine exakte Positionierung der Kontaktelektroden 61 und 65 in den Kontaktöffnungen 21 und 25 und der Kontaktelektrode 63 in der Kontaktöffnung 23. Die dadurch möglichen feinen Muster besitzen bei gleicher Emitterumfanglänge eine kleinere Basisquerschnittsfläche. Auch erhöht die passivierende Wirkung der Siliziumnitridschicht die Stabilität. Diese Vorteile können bei Siliziumhöchstfrequenz-Plaiiartransistoren mit »Kammstruktur« besonders ausgenutzt werden. Auf

die gleiche Weise, wie nach der vorstehenden Beschreibung die Herstellung eines NPN-Transistors erfolgt, läßt sich auch ein PNP-Transistor herstellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Silizium-Höchstfrequenz-Planartransistoren, bei denen auf die Oberfläche einer Zone des einen Leitungstyps, die sich in einem Halbleiterkörper des anderen entgegengesetzten Leitungstyps befindet, übereinander eine erste Siliziumdioxidschicht, eine Siliziumnitridschicht und eine zweite Siliziumdioxidschicht aufgebracht sind, wobei mit Hilfe einer Phololackmaske in die zweite Siliziumdioxidschicht alle gewünschten Fenster gleichzeitig geätzt werden, und durch ein weiteres Ätzen diese Fenster durch die Siliziumnitridschicht bis zur ersten Siliziumdioxidschicht geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die nachstehenden Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden,
daß unter Abdeckung der übrigen Fenster (21, 25) mit einer ersten Photolackschicht (31, 35) durch Ätzen ein Fenster (23) durch die erste Siliziumdioxidschicht (13) bis zur Zone (11) des einen Leitungstyps geöffnet wird,

daß nach Ablösung der ersten Photolackschicht (31, 35) durch dieses geöffnete Fenster (23) in die Zone (11) des einen Leitungstyps eine Zone (37) des anderen entgegengesetzten Leitungstyps eindiffundiert wird,

daß dieses geöffnete Fenster (23) mit einer zweiten Photolackschicht (41) abgedeckt wird,
daß die übrigen, bis zur ersten Siliziumdioxidschicht (13) geöffneten Fenster (21, 25) durch Ätzen bis zur Zone (11) des einen Leitungstyps geöffnet werden, und daß nach Ablösung der zweiten Photolackschicht (41) in die bis zur Zone (11) des einen Leitungstyps geöffneten Fenster (21, 23, 25) Kontaktmetall (61,63,65) eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumnitridschichl (15) in einer Dicke von 0,1 μιη und die erste Siliziumdioxidschicht (13) in einer Dicke von mindestens 0,2 μΐη aufgebrachtwerden.