DE2027588A1 - Verfahren zur Herstellung von mit Phosphorsihkatglas passivierten Transistoren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von mit Phosphorsihkatglas passivierten Transistoren

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DE2027588A1 DE19702027588 DE2027588A DE2027588A1 DE 2027588 A1 DE2027588 A1 DE 2027588A1 DE 19702027588 DE19702027588 DE 19702027588 DE 2027588 A DE2027588 A DE 2027588A DE 2027588 A1 DE2027588 A1 DE 2027588A1
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Description

7001-70/Kö/S
RCA 60,966
Convention Datej
June 5, 1969
RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.
Verfahren zur Herstellung von mit Phosphorsilikatglas passivierten Transistoren
Die Erfindung befaßt sich mit der Herstellung von Flächentransistoren, insbesondere passivierten bipolaren Planartransistor ren. Sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung von mit Phosphorsilikatglas passivierten Transistoren,
Bipolare Planartransistoren werden üblicherweise nach einem Verfahren hergestellt, bei welchem Gebiete jeweils entgegengesetzten Leitungstyps in einen Körper aus Halbleitermaterial eindiffundiert werden, so daß npn- oder pnp-Anordnungen entstehen. Die Orte oder Stellen, an denen sich die diffundierten Gebiete befinden, werden nach bekannten photolithographischen Methoden bestimmt. Bei der Herstellung von Siliciumbauelementen werden die Diffusionen gewöhnlich in einem zweistufigen Verfahren durchgeführt, bei welchem der Halbleiter zunächst in einer Atmosphäre, die eine den Leitungstyp ändernde Verunreinigung (Dotierstoff) sowie Sauerstoff enthält, erhitzt wird, so daß ein stark dotiertes, flaches diffundiertes Gebiet im Bauelement und ein glasiger Belag auf der Oberfläche des Bauelements entstehen. Dieser Belag schützt die darunter befindliche Halbleiteroberfläche gegen Verdampfung oder chemische Reaktion und dient außerdem als Zwischendotierstoffquelle zwischen der ursprünglichen Dotierstoffquelle und dem Halbleiterkörper. Nach diesem Verfahrensschritt wird der glasige
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Belag entfernt und das Bauelement weiter in Wasserdampf erhitzt, so daß eine Neuverteilung der Dotierstoffe aus dem flachen Gebiet bis in eine gewünschte Tiefe sowie eine Reoxydation der Halbleiteroberfläche erfolgt.
Bei Siliciumtransistoren verwendet man üblicherweise Phosphor als Donatorverunreinigung. Beim Aufbringen dieses Dotierstoffes in einer oxydierenden Atmosphäre entsteht ein Belag aus einem amorphen Gemisch von Silieiuaidioxyd (SiO2) und Phosphorpentoxyd (P0O-), d*h. einem Phosphorsilikatglas, auf der Siliciumoberfläche. Es wurde gefunden, daß Transistoren, bei denen der während der Emitteraufbringung gebildete *Phosphorsilikatgiasbelag auf dem Bauelement verbleibt, weniger empfindlich gegen erhöhte Temperaturen und Vorspannungen sind als Transistoren, die keinen solchen Belag haben.
Die bei bekannten Bauelemente»» erhältlichen Ergebnisse sind nicht vorhersehbar. Der Grad der Passivierung hängt anscheinend von der Dicke der Phosphorsilikatglasschicht ab, die jedoch schwier rig zu kontrollieren ist, da die Glasschieht durch eine Ätzbehandlung unmittelbar vor dem Aufbringen der Kontaktmetalliaierung zwecks Erniedrigung des Kontaktwi. der stands beeinflußt wird* Durch diese Behandlung wird das Phosphorsilikatgläs teilweise oder ganz entfernt.
Bisher wurde bei Transistoren, die für HF-Zwecke bestimmt sind, kein FhosphorsildLkatglas im Passivieywragsbelag verwendet. Solche HF-Transistorera wurden mit ext ress kleisaea Emitterabisessungenhergestellt. Der übliche Emittemeuirtsrteilungsschrxtt entfiel bei der Herstellung dieser Transxs-fcoireiig d&^ wean- die kleinen Esaitterplätze reoxydiert werden^ anschließend durch Photoätsen Kontakt-Öffnungen angebracht werd©sä jaüsseno Es ist nicht möglich, die für* die Festlegung dieser Esaitterkontaktöffnungem verwendete Photomaske so genau ausssurisfeteHj daß jait Sicherheit nur Ejai-tteriaaterial freigelegt wird. Es wurde datnes" bei diesen BauelesaenteEi das während 'des Aufbringen^ gebildete flache Gebiet als Emit-fcergebiet verwendet. Genaue Kontaktöffnungen könnest dana dadurch aragebracht werden, daß man eiafaeh das wäSaread der Esiitteraufbringung gebildete Phosphor-
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silikatglas entfernt. Folglich verbleibt nach dem Anbringen der Kontaktöffnungen kein Phosphorsilikatglas mehr auf den Bauelementen.
*Kach. dem erfindungsgemäöen Verfahren lassen sich mit Phosphor^ silikatglas paeeivierte Bipolartransistoren herstellen, die frei von den Probleme* und Nachteilen des Standes der Technik sind. Die Passivierungsschicht ist eine Mehrlagenanordnung aus Phosphorsilikatglas zwischen einer Oxydschicht und einem Schutzbelag. Die Phosphorsilikatglasschicht wird auf dem Bauelement nach der Bildung des Basisgebietes, jedoch vor dem Anbringen einer Öffnung über dem Emitterplatz gebildet. Anschließend wird der Schutzbelag über der Phosphorsilik'atglasschicht gebildet, und dann wird die Emitteröffnung angebracht und der Emitter eindiffundiert.
In den Zeichnungen zeigen Figur 1 bis 6 eine Reihe von Querschnittsdarstellunieren, welche die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen.
Figur 1 zeigt im Querschnitt ein teilweise behandelte« Scheib chen vor der Durchführung der neuen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das allgemein mit 10 bezeichnete Scheibchen hat einen Körper 12 aus Halbleitermaterial wie Silicium, das auf Übliche Weise mit einem unteren Trägerteil 14» einem mittleren »+-leitenden Teil 10 und einem oberen η-leitenden Teil 18 mit einem für das Arbeiten als Transistorkollektor geeigneten spezifischen Widerstand versehen worden ist. Üblicherweise ist dei* n-Teil 1.8 eine auf die Oberfläche des n+-Teils 16 aufgewachsene epitaktische Schicht. Der Körper 12 hat eine Oberfläche 20, auf welcher die Diffusionsvorgänge erfolgen»
Der in Figur 1 gezeigte Aufbau ergibt sich nach dem Aufbringen des Dotierstoffes zum Eindiffundieren des Basisgebietes. Vor dem Aufbringen selbst wird auf der Oberfläche 20 des Körpers ein Diffusionsmaskenbelag 22 gebildet. Dieser Belag 22, der typischerweise aus Siliciumdioxyd besteht, wird in üblicher Weise durch Erhitzen des Körpers 12 in einer oxydierenden Atmosphäre unter Bildung eines genetischen Oxydbelags aus Siliciumdioxyd
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hergestellt. Danach wird ein Teil des Belages 22 mittels bekannter Photoätzmethoden entfernt, so daß derjenige Teil der Oberfläche 20 freigelegt wird, der vom Basisgebiet des Bauelements eingenommen werden soll.
Nach Beendigung des Photoätzschrittes wird der Körper 12 in einem Ofen in einer Atmosphäre, die einen Akzeptordotierstoff, typischerweise Bor, sowie Sauerstoff enthält, solange und bei einer solchen Temperatur angeordnet, daß auf der Oberfläche 20 und über der oberen Fläche des Belages 22 ein Belag aus Borsilikat glas 24 erzeugt wird. Dabei wird auch ein flaches diffundiertes Gebiet 26 vom pH—Leitungstyp in der Schicht 18 unterhalb der Oberfläche 20 des Körpers 12 gebildet. Sämtliche bisher beschriebenen Verfahrensschritte sind bekannt, während die nachstehend zu beschreibenden Verfahrensschritte neu sind»
Als nächstes erfolgt "ein Baelsneu'verteilungsschritt, der jedoch für eine kürzere Dauer durchgeführt wird, als erforderlich ist, um das Basisgebiet bis in seiirae emdgül-iige Tiefe vorzutreiben. Der Borsilikatglasbelag 24 (Figur I)- wird als erstes vom Scheibchen 10 in einem geeigneten Lösungsmittel entfernt, und das Scheibchen 10 - ohne den Belag 24 wird in "einem Ofen in einer Atmosphäre von Wasserdampf rait einer Temperatur von typischerweise ungefähr 1100 C. angeordnet, so daß eirne weitere Diffusion der Akzeptordotierstoffe im Gebiet 26 stattfindet. Zugleich wird die freiliegende Oberfläche des Scheibchens 10 oxydiert, so daß ein neuer Oxydmaskenbelag 28 entsteht (Figur Z) und der Oxydmaskenbelag 22 in seiner Dicke zunimmt. Mit verkürzter Neuverteilungszeit oder -dauer wird deshalb gearbeitet, v/eil später im Verfahren das Scheibchen 10 über erhebliche Zeiträume hohen Temperaturen ausgesetzt wird und eine weitere Diffusion des Gebietes 26 zwangsläufig stattfindet. Um daher diese weitere Diffusion zu kompensieren, ist es in diesem Stadium des Verfahrens wiiijschenswertj die Tiefe des Gebietes 26 so zu beschränken, dai sie geringer ist als die-gewünschte endgültige Tiefe.
Nach Beendigung des teilweisen Basisneuverteiliings schritte s wird das Scheibehen 10 in einem Ofen in einer Phosphor und Sauer-
stoff enthaltenden Atmosphäre solange und bei einer solchen Temperatur angeordnet, daß ein Phosphorsilikatglasbelag 30 (Figur 3) auf der gesamten freiliegenden oberen Fläche des Oxydmaskenbelages 22 und des Basisoxydbelages 28 entsteht. Beispielsweise kann das Scheibchen 10 auf eine Temperatur zwischen 65O C. und 950 C. in einer Atmosphäre erhitzt Werden, die Sauerstoff und Phosphor, der durch Hindurchleiten von Stickstoff durdi ein flüssiges Phosphoroxychloridbad erhalten worden ist, enthält. Die Aufbringzeit ist nicht kritisch, sollte jedoch im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 30 Minuten betragen, damit ein Phosphorsilikatglasbelag 30 von 200 bis 2000 A* Dicke erhalten wird. Der Belag 30 kann statt dessen auch z.B. durch Pyrolyse eines Gemische aus Silan (SiH.) i und Phosphin (PH.) in Sauerstoff hergestellt werden. Dieses Ver-
fahren ist insofern vorteilhaft, als es bei einer relativ niedrigen Temperatur von ungefähr 300° C. durchgeführt werden kann und die Tiefe des Gebietes 26 dadurch nicht nennenswert beeinflußt wird.
Der nächste Schritt des Verfahrens (Figur 4) besteht'darin, daß über dem Phosphorsilikatglasbelag 30 ein Schutzbelag 32 angebracht wird. Dieser Schritt erfolgt vorzugsweise so, daß das Scheibchen 10 in einer Atmosphäre von Silan (SiH.) und Sauerstoff solange und bei einer solchen Temperatur erhitzt wird, daß ein Belag, 32 aus Siliciumdioxyd von ungefähr 2000 S Dicke entsteht. Ein nach diesem Verfahren hergestellter Siliciumdioxydbelag hat eine d verhältnismäßig geringe Dichte, und es ist vorteilhaft, ihn in einer oxydierenden Atmosphäre zu glühen. Als nächster Schritt wird daher das Scheibchen 10 in z.B. Wasserdampf solange erhitzt, daß die Dichte des Belages 32 auf einen gewünschten Wert erhöht wird. Bei diesem Schritt wird außerdem die Neuverteilung der Dotierstoffe im Gebiet 26 bis auf diejenige Tiefe vorangetrieben, bis zu der andernfalls bei bekannten Verfahren ohne Aufbringen des Phosphorsilikatglasbelages eindiffundiert würde. .
Von diesem Punkt an kann die weitere Behandlung nach denjenigen Verfahrensweisen erfolgen, die üblicherweise bei der Herstellung von bipolaren HF-Transistoren mit nicht reoxydierten Emittern
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angewendet werden. So können (Figur 5) nach bekannten photolithographischen Methoden Öffnungen, wie allgemein bei 34 und 36 angedeutet, durch den Schutzbelag 32, den Phosphorsilikatglasbelag 30 und die Oxydmaskenbeläge 22 und 28 unter Freilegen von Material
des Gebietes 18, welches das Kollektorgebiet des Transistors bildet, sowie eines den Emitterplatz bildenden Teils der Oberfläche
am Basisgebiet 26 angebracht werden. Danach wird das Scheibchen
10 erneut im Phosphoraufbringofen solange und bei einer solchen
Temperatur angeordnet, daß auf sämtlichen freiliegenden Oberflächen des Scheibchens 10 ein Phosphorsilikatglasbelag 38 gebildet wird. Dabei wird zugleich ein stark dotiertes n++-Gebiet 40, das die
ohmsche Kontaktierung des Kollektorgebietes 18 erleichtert, sowie ein stark dotiertes n+-Gebiet 42, das den Emitter des Transistors bildet, gebildet.
Das fertige Bauelement ist in Figur 6 gezeigt. An einer gewünschten Stelle am Basisgebiet 26 wird die während des Verfahrens Schrittes nach Figur 5 gebildete Phosphorsilikatglasschicht 38 in üblicher Weise entfernt und eine Basiskontaktöffung 44 angebracht. Sodann werden auf der Oberfläche in bekannter Weise Kontaktmetalli. sierungen in Form eines Kollektorkontaktes 46, eines Basiskontaktes 48 und eines Emitterkontaktes 50 in ohmschesn Kontakt mit den verschiedenen Gebieten angebracht.
Im fertigen Bauelement befindet sich eine Schicht aus Phosphor^ silikatglas 30 innerhalb des passiviererade» Oxydes über der gesamten Oberfläche 20 mit Ausnahme derjenigen Teile, die von den Kontaktmetallisierungen eingenommen werden· Die Phosphorsilikatglasschicht 30 wird zu einem solchen Zeitpunkt im Verfahren in das
Bauelement eingebaut, daß sie vor den verschiedenen Ätzlösungen,
mit denen das Bauelement bei der nachfolgenden Behandlung bearbeitet wird, gut geschützt bleibt. Das so gebildete Bauelement ist
stabil und läßt sich reproduzierbar und verläßlich herstellen, da kein Ätzen der Phosphorsilikatglasschicht erfolgto
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Claims (8)

  1. P at e nt an Sprüche
    r·.
    Verfahren zur Herstellung von mit Phosphorsilikatglas passivierten Transistoren, bei welchem in einem Körper aus Halbleitermaterial gegebenen Leitungstyps an einer Oberfläche desselben ein Basisgebiet des entgegengesetzten Leitungstyps durch Eindiffundieren von den Leitungstyp ändernden Dotierstoffen in . einer oxydierenden Atmosphäre unter Oxydieren der Körperoberfläche mit Bildung einer Diffusionsmaskenschicht für die nachfolgende Emitterdiffusion gebildet und danach ein Emittergebiet durch Anbringen einer Öffnung in der Diffusionsmaskenschicht und Ein- ( bringen von den Leitungstyp ändernden Dotierstoffen in einen Teil des Basis.gebietes durch diese Öffnung gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bildung 'des Basisgebietes (26) und der Diffusionsmaskenschicht (22, 28), jedoch vor den Anbringen der Öffnungen, auf der Diffusionsmaskenechicht eine Phosphorsilikatglasschicht (30) und auf dieser Phosphorsilikatglasschicht ein Schutzbelag (32) gebildet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß zur Bildung des Schutzbelages (32) der Halbleiterkörper (10) in einer Silan und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre solange und bei solcher Temperatur, daß auf der Phosphor silikat el asschicht (30) ein Siliciumdioxydbelag von vorbe- f stimittter Dicke und Dichte entsteht, erhitzt und'danach in einer von Silan freien Sauerstoffatmosphäre solange und bei solcher Temperatur, daß der Siliciumdioxydbelag verdichtet wird, weiter erhitzt wird.
  3. 3· Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines Transistors in einem Körper aus Halbleitermaterial gegebenen Leitungs typs, in welchem an einer Oberfläche ein Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps sich befindet, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche (20) über dem Gebiet entgegensetzten Leitungstyps (26) eine Diffusionsmaskenschicht (28) gebildet wirdj daß der Körper (10) in einer Phosphor und Sauerstoff
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    enthaltenden Atmosphäre solange und bei solcher Temperatur erhitzt wird, daß auf der Oberfläche der Diffusionsmaskenschicht eine Phosphorsilikatglasschicht (30) entstehtj daß auf der Phosphorsi-, likatglasschicht ein Schutzbelag (32) gebildet wird; daß der Schutzbelag, die Phosphorsilikatglasschicht und die Diffusionsmaskenschicht von einem an das Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps angrenzenden Teil der Oberfläche entfernt werden; und daß der Körper in einer einen Dotierstoff des gegebenen Leitungstyps enthaltenden Atmosphäre erhitzt wird, derart, daß innerhalb des Gebietes entgegengesetzten Leitungstyps ein diffundiertes Gebiet des gegebenen Leitungstyps (42) gebildet wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Gebietes entgegengesetzten Leitungstyps im Körper und der Diffusionsmaskenschicht auf diesem Gebiet eine erste Maskenschicht (22) auf dem Körper gebildet wird, diese erste Maskenschicht von demjenigen Teil der Oberfläche, wo das Gebiet entgegengesetzten Leitungstyps gebildet werden soll, entfernt wird, durch Erhitzen des Körpers in einer einen Dotierstoff des entgegensetzten Leitungstyps enthaltenden Atmosphäre ein flaches diffundiertes Gebiet des entgegengesetzten Leitungstyps im Körper an dessen Oberfläche gebildet wird und durch weiteres Erhitzen des Körpers in einer oxydierenden Atmosphäre Dotierstoffe weiter in den Körper eindiffundiert und zugleich die Diffusionsmaskenschicht (28) auf der Oberfläche gebildet werden, wobei dieses weitere Erhitzen für eine kürzere Zeit erfolgt, als erforderlich ist, um die Diffusionsmaskenschicht in einer vorbestimmten Dicke zu bilden und die Dotierstoffe bis zu einer vorbestimmten Tiefe neuzuverteilen.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Schutzbelages (32) auf der Phosphorsilikatglasschicht (30) ein Belag aus Siliciumdioxyd pyrolytisch auf die Phosphorsilikatglasschicht aufgebracht und der Körper in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt wird, derart, daß der Siliciumdioxydbelag verdichtet und gleichzeitig die Diclce der Diffusionsmaskenschicht auf die vorbestimmte Dicke vergrößert und
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    - 9 die Dotierstoffe bis zur vorbestimmten Tiefe neuverteilt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines mit Phosphorsilikatglas passivierten Transistors in einem Körper aus η-leitendem Silicium, dadurch gekennzeichn et, daß im Körper an einer Oberfläche (20) desselben ein p-leitendes Basisgebiet (26) gebildet wird; daß auf der Oberfläche über dem Basisgebiet eine Oxydmaskenschicht (28) gebildet wird; daß auf der Oberfläche der Oxydmaskenschicht eine Schicht aus Phosphorsilikatglas (30) gebildet wird; daß auf der Phosphorsilikatglasschicht ein Belag aus Siliciumdioxyd (32) gebildet wird; daß eine Öffnung durch den Siliciumdioxydbelag, die Phosphorsilikatglasschicht und die Oxydmaskenschicht an einem Teil der Oberfläche innerhalb des Basisgebietes angebracht wird; und daß durch Eindiffundieren eines Donatordotierstoffes in das Basisgebiet durch die Öffnung ein η-leitendes Emittergebiet (42) gebildet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η nz ei c h-n et , daß zur Bildung des p-leitenden Basisgebietes und der Oxydmaskenschicht über dem Basisgebiet durch Erhitzen des Körpers in einer Akzeptordotierstoffe enthaltenden Atmosphäre ein flaches diffundiertes p-Gebiet im Körper an dessen Oberfläche (20) gebildet und durch weiteres Erhitzen des Körpers in einer oxydierenden Atmosphäre Akzeptordotierstoffe weiter in den Körper hinein ύ diffundiert werden und gleichzeitig die Oxydmaskenschicht auf der Oberfläche gebildet wird, wobei das weitere Erhitzen für eine kürzere Zeit erfolgt, als erforderlich ist, um die Oxydmaskenschicht in einer vorbestimmten Dicke auszubilden und die Akzeptordotierstoffe bis auf eine vorbestimmte Tiefe neuzuverteilen.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch geke η nzeichnet, daß zur Bildung des Siliciumdioxydbelages der Körper in einer Silan und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre solange und bei solcher Temperatur, daß der Siliciumdioxydbelag in einer vorbestimmten Dichte gebildet wird, erhitzt und danach in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt wird, derart, daß die Dichte des Siliciumdioxydbelages erhöht und zugleich die Dicke der Oxyd-
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    maskenschicht auf die vorbestimmte Dicke gebracht und die Akzeptordotierstoffe bis zur vorbestimmten Tiefe neuverteilt werden.
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