DE2041442A1

DE2041442A1 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2041442A1
Application number: DE19702041442
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl-Chem Lange; Dipl-Phys Ghosh-Dastidar Shi N; Erhard Dipl-Ing Sussmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-08-20
Filing date: 1970-08-20
Publication date: 1972-02-24
Also published as: NL7111452A; GB1316924A; FR2103399A1; CH524895A; SE361382B

Description

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung

Ein aus der deutschen Auslegesehrift 1 032 404 bekanntes Verfahren zum Herateilen τοη Pläehemhalbleitern mit psa-Schichten, bei dem auf einer monokristallinen Halbleiteroberfläche ein Halbleitermaterial inveraen Eeitungatypa aufgedampft wird, ist aiareh die Maßnahme .gekennzeichnet, daß auf der Halbleiteroberfläche duroh Vakuumverdampfung der'Dampf eines Halbiert ermat.eriala in Mischung mit dem Dampf, einea Donators oder-Akzeptors in amorpher oder mikro-■kristalliner Form niedergeschlagen wird. .Diese niedergeschlagene 'Schicht, .die den entgegengesetzten Leitunga.typ zum einkristallinen Substratum aufweisen kanu, wird ihrerseits .mit einer, beispielsweise aufgedampften, Elektrode kontaktiert·

Ein weiteres bekanntea Verfahren zur Herstellung von Halbleit-eriibergänge bildenden oder leicht zu'kontaktierenden kriptallinen Schichten aas Halbleitermaterial*auf einem jtonokriatallinen Halbleiterkörper dereh. taeradLaohe oder elektrotaermiaohe "Zersetzung oder leduktioa fluchtiger Halbleiterverbindungen aaeia. einer thermis.cb.en reduzierenden Vorbehandlung 'd©a Hallileitgrlcerpere nach ier deatsoliea Aueleseeohrift 1 278 400" aiefrt ¥or, iaB die tkermiseke Vorbehandlung bsi ..einer Teaperatai* erfolgt, bei der sieh eine monokristalline Sohioht fexliea iriirle, öler ial -dietli> 23»arlsöiie VoiliohnaJJusg -Ibei dieaea? Seaperaiiir ia^ek ZaaiaoiMiag dor HalbloiborVerMndungen £ur redusierenäen &asatmo-sphäre wn¹ wsn ι it -eimer iioiielEslstalliaeii Behichtbil-■dung vorgenop α #Ll«j, umü äuB tar Hem eigisatliekaa AbseheiclaagBTorgaHf <lt«> 'icui^oraistir d-@a lalllgitesMJEpers unter filo monokristalline Sehiöiif biliiiagsteEaperatiii¹ bis an

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Temperatur, bei der polycristalline Sohiohtbildung eintritt, gesenkt wird*

In beiden Fällen handelt es sich im Interesse der Schonung der elektrischen Eigenschaften der hier herzustellenden Halbleitervorrichtungen darum, die Erzeugung der pn-übergänge, die etwa an die Grenze sswischen dem einkristallinen Substratum und dem polykristallinen Schiohtmaterial zu liegen kommen, bei mögliohst niedrigen Temperaturen erfolgen zu lassen.

Hingegen behandelt die Erfindung die Aufgabe, eine bereits mit pn-Übergängen versehene und mit einer isolierenden Sohutzsohioht bedeckte Halbleitervorrichtung mit den die ™ einzelnen Halbleiterzonen kontaktierenden Elektroden und Leitbahnen zu versehen. Dabei soll vor allem ein tiefes Eindringen des Elektrodenmaterials in die zu kontaktierenden Halbleiterzonen vermieden werden, weil andernfalls nicht diejenigen Abmessungen der einzelnen Halbleiterzonen anwendbar wären, die für die Erzielung hoher Betriebsfrequenzen notwendig sind.

Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit pnübergang, bei dem die Oberfläche eines dotierten Halbleitereinkristalls mit einer 3α hutζschicht aus Isoliermatek rial abgedeckt, in dieser Schutzschicht ein zur Halbleiteroberfläche durchgehendes Fenster erzeugt und in dieses Fenster eine den Querschnitt dieses Fensters an der Halbleiteroberfläche ausfüllende, das einkristalline Halbleitermaterial im Fenster sperrfrei leontaktierende Elektrode eingebracht und ihrerseits mit einer auf der Isolierschicht aufgebrachten metallischen Leitbahn kontaktiert wird.

Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der USA-Patentsohrlft 2 680 220 offenbart. Technisch bedeutsamer die Anwendung auf nach der Planartechnik hergestellte Halbleitervorrichtungen. Bei der Fertigstellung solcher Halbleitervorrichtungen iat ea üblich» nach Abschluß aller der Erzeu-

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gung der pn-Übergänge der Anordnung dienender Diffusionsprozeaae die die Halbleiteroberfläche von den Diffusionsprozessen her lückenlos bedeckende Isolieraohicht aus anorganischem teiBperaturbestäiidigem Material, inabesondere SiO₂, von den Stellen der beabsichtigten Kontaktierung zu entfernen. Die hierdurch in den sogenannten Kontaktierungsfenstern freigelegte Halbleiteroberfläche wird dann mit einem zur aperrfreien Kontaktierung dieser Halbleiteroberfläche geeigneten Elektrodenmetall bedeckt und mit diesem durch einen Temperungsprozess verbunden.

Das Elektrodenmetall wird gewöhnlich durch einen unter Vakuum durchgeführten Bedampfungsprozess aufgebracht. Dabei ist es üblich, nicht nur die in den Kontaktfenstern freigelegten Halbleiteroberfläche sondern auch die umgebende Isolierschicht mit dem Elektrodenmetall zu bedecken. Dieses wird dann von der Isolierschicht an den unerwünschten Stellen wieder abgeätzt» so daß nur ein zu der betreffenden Elektrode im Kontaktfenster führender Streifen, eine Leitbahn, übrig bleibt.

Häufig müssen sowohl n- als auch p-leitende Gebiete eines Halbleitereinkriatalla auf diese Weise kontaktiert werden. Man bedampft dann gleichzeitig sowohl die p- als auch die η-leitenden Kontaktstellen mit Aluminium, das bekanntlich trotz seines Akzeptorcharakters unter bekannten Voraussetzungen zur Erzielung sperrfreierkontakte auch auf nleitenden Halbleiteroberflächen anwendbar ist.

Nun ist man bei der Herstellung von Planartransistoren für extrem hohe Frequenzen zu extrem kleinen Emitterzonen gezwungen. Um in einem solchen Fall einen einwandfreien Emitterkontakt zu erzielen, darf das Metall der Emitterelektrode höchstens nur ganz*wenig in die bereits durch maskierte Diffusion erhaltene Emitterzone eindringen. Ähnliches gilt für HF-Leistungstransistoren und eine große Anzahl von weiteren Halbleitervorrichtungen, insbesondere von Integrierten Schaltungen, die unter Anwendung maskierter Diffusion

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hergestellt sind.

Um bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen mit einlegierten Elektroden die Eindringtiefe der Elektroden gering zu halten, kann man dem Elektrodenmaterial im vornherein den betreffenden Halbleiter zumischen. Diese Technik läßt sich erfahrungsgemäß jedoch nur mit Erfolg bei Germanium-Legierungstransistoren anwenden. Die im vorliegenden Fall hauptsächlich in Betracht kommenden Halbleitervorrichtungen bestehen jedooh aus Silicium. Außerdem sind die bei ihnen zu kontaktierenden Flächen extrem klein; sie betragen im allgemeinen

ρ
nur wenige /um . Außerdem ist noch auf die nur wenige /um starke Schutz- und Maskierungssohicht der Halbleiteroberfläche und den geringen, nur Bruchteile eines vum betragenden Abstand der pn-Übergänge von der Kante der Isolierschicht in den Kontaktierungsfenstem Rücksicht zu nehmen.

Aus diesel Grund wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß auf die in den Kcn^aktfenstera freigelegte einkristalline Halbleiteroberfläche eine CGlicht des betreffenden Halbleitermateriala in polykristallinem oder amorphem Zustand niedergeschlagen, dann auf dieser Schicht eine Schicht aus dem Elektrodenmaterial aufgebracht und die Beschaffenheit des niedergeschlagenen Halbleitermaterials durch Dotierung so beeinflußt wird, daß - zumindest nach einer Wärmebehandlung - die herzustellende Elektrode eine sperrfreie Verbindung mit dem einkristallinen Halbleitermaterial erhält.

Dabei werden bevorzugt folgende Gesichtspunkte beachtet ι

1. Die Abscheidung der polykristallinen oder amorphen Halbleitersonicht wird im vornherein auf die Halbleiteroberfläche in den Kontaktfenstern beschränkt and eine Abscheidung auf der die übrige Halbleiteroberfläche bedeckenden Isolierschicht, insbesondere SiO₂-Scnicht, vermieden.

2. Die Stärke der polykristallinen oder amorphen HaIbleitersohioht entspricht höchstens der Stärke der

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Isolierschicht außerhalb der Kontaktfenster. Bevorzugt beträgt sie nur etwa 0,75 $ der Stärke dieser Schicht.

5. Die polykristalline Halbleiterschicht wird unter entsprechender Beigabe von Donatoren in n-leitendem Zustand niedergeschlagen. Als Elektrodenmetall wird Aluminium verwendet, das in bekannter Weise so aufgebracht wird, daß auch die η-leitenden Zonen sperrfrei kontaktiert werden.

4. Die Leitbahn zum Kontaktieren der Elektrode wird simultan mit dem Elektrodenmaterial vorzugsweise aus der Gasphase niedergeschlagen. Dies bedeutet, daß das Kontaktierungsmetall nioht nur an der in den Kontaktfenstern zutageliegenden polykristallinen Halbleiteroberfläche, sondern auch auf der Isolierschicht abgeschieden wird. Die gewünsohte Gestalt der Metallisierung wird dann mit Hilfe einer Fotolaokätzteehnik erzeugt.

Mr die praktische Durchführung der Erfindung kommt als Halbleitermaterial in erster Linie Silicium, als Isoliermaterial der Schutzschicht SiO₉ in Betracht. Andere Möglichkeiten für

TTT γ

das Halbleitermaterial sind Germanium oder A B -Verbindungen, für die isolierende Schutzschicht Siliciumnitrid oder Aluminiumoxid. Wegen der Bedeutung für die vorwiegend auf den Fall der Planartechnik beschrankte Anwendung der Erfindung, die gewöhnlich mit Silieium als Halbleitermaterial durchgeführt wird, soll aioh die weitere Beschreibung, auf diesen Pail besohränkeH.

Dabei wird an Hand von Pig. 1 das Prinzipielle des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, während an Hand von Fig. die Anwendung der Erfindung auf die Herstellung eines H©okfrequenz-Planartransitors erläutert wird.

Sine Silieiumsoheibe 1, in der eine n-leitende Zone 2 und eine p-leitende Zone 3 mit dazwischenliegendem pn-übergang erzeugt ist, wird an ihrer Oberfläche mit einer Isolierschicht §,

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vornehmlich aus SiO«, abgedeckt. Die Herstellung dieser SiOp-Sohicht kann als bekannt vorausgesetzt werden. Neben der Möglichkeit der thermischen Oxidation der Siliciumoberfläohe ist vor allem auf die pyrolytisohe Abscheidung aus einem geeigneten und wohl bekannten Reaktionsgas hinzuweisen. Mit Hilfe einer Fotolacktechnik werden in diese Isolierschicht 5 Kontaktierungsfenster 6 und 7 eingeätzt, die zu der η-leitenden Zone 2 bzw. der p-leitenden Zone 3 hindurchgehen.

Die Abscheidung der polykristallinen Siliciumschioht 8 in den Kontaktfenstern 6 und 7 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Wie bereits angedeutet, ist es vorteilhaft, wenn diese Schicht sich auf die freiliegende Halbleiteroberfläche beschränkt und nicht etwa auch auf der Isolierschicht 5 abgeschieden wird.

Im folgenden sollen zwei Möglichkeiten angegeben werden:

a): Das Reaktionsgas wird in bekannter Weise so gewählt, daß Silioium an der Siliciumoberflache atomar anfällt, wie dies auch bei einkristallineoa Wachstum üblich und notwendig ist. Die Temperatur wird dabei so stark erniedrigt, daß zwar Silioiumabscheidung, aber keine Siliciumepitaxie möglich ist. Die Absoheidungstemperatur, also die Temperatur des Halbleiterkörpers 1, wird zu diesem Zweck auf unterhalb 1000 C, vorzugsweise 95O⁰C, eingestellt. Ein geeigneter Temperaturbereich ist z.B. 920 - 960° C. Die absolute Geschwindigkeit soll kleiner als 1 /u/min, vorzugsweise 0,4-yu/min sein. Es empfiehlt sich außerdem, Maßnahmen zu ergreifen, die eine Abscheidung auch an der Oberfläche der Oxidschicht 3 auf jeden Fall unterbinden. Man muß also, mit anderen Worten, die Keimbildung an der Oberfläche der Isolierschicht 5 unterdrücken. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die zu behandelnde Oberfläche einschließlich der SiOp-Schicht mit verdünnter Flußsäure behandelt werden, derart, daß die Isolierschicht auf jeden Fall erhalten

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bleibt, aber an ihrer Oberfläche eine oder zwei Moleküllagen abgetragen werden (dies muß man bei der Herstellung der Isolierschicht mit berücksichtigen).

Bas gleiche Verfahren geht auch_$ wenn die Isolierschicht

statt aus SiO₀ aus Si-If₀ oder Al₀O,, besteht. Eine andere c. j a c-j

Möglichkeit der Keimunterdrückung ist auch dann gegeben, wenn man die Isolierschicht einer polierenden Ätzbehandlung unterwirft.

b): Eine lokalisierte Abscheidung von polykristallinem oder amorphem Silicium an den Kontaktstellen 6 und 7 erreicht man auch mit Hilfe einer Sandwich-Transportepitaxie. Zu diesem Zweck wird ein entsprechend der gewünschten Abscheidung dotierter Silioiumkörper mit ebener Oberfläche auf eine beheizbare Unterlage aufgelegt. Auf die ebene Oberfläche dieses als Quelle für die Abscheidung vorgesehenen Silieiumhilfskörpers wird der mit den Kontaktfenstern versehene, mit der SiOg-Schicht überzogene Silieiumkörperi derart aufgelegt, daß die Kontaktfenster dem Quellenkörper zugewandt sind und die Isolierschicht 5 als Abstandshalter wirkt. Erhitzt man die Anordnung in einem für den Silioiumtransport befähigten Reaktionsgas, das seinerseits die Isolation 5 nicht angreift, so kann Silicium von der heißeren Quelle an die zu beschichtenden Quellen der zu behandelnden Anordnung übertragen. Die Temperatur wird dabei so niedrig gewählt, daß die Abscheidung an den Transportfenstern nicht in aonokristalliner, sondemin polykristalliner oder gar amorpher Form erfolgt.

Auf die in Fig. 1 dargestellte Anordnung wird nun eine Schicht des Kontaktierungsaetalls, insbesondere eineAluminiumsοnicht, niedergeschlagen. Vor oder nach der zum Zweck einer besseren Verbindung und der Erzielung eines sperrfreien

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Kontakts vorzunehmenden Wärmebehandlung wird die Metallisierung mit Hilfe einer Fotolacksohicht abgedeckt und daa überschüssige Metall wieder weggeätzt. Ss verbleibt neben den Elektroden 9 und 10 je eine leitende Bahn 11 bwz. 12.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist in dem Siliciumeinkristall 21 zunächst eine Transistorstruktur mittels der Planartechnik erzeugt worden; die die Halbleiteroberfläche abdeckende Isolierschicht 24 stammt deshalb mindestens zum überwiegenden Teil aus dem vorher durchgeführten Planarprozeß. Auch hier ist man von einer einkristallinen Silioiumsoheibe 21 vom einen Leitungstyp ausgegangen, in die eine Basiszone 22 durch Eindiffundieren, von den entgegengesetzten Leitungstyp hervorrufendem Aktivatormaterial erzeugt ist. In die Basiszone 22 ist der Emitter 23 vom Leitungstyp des den Kollektor darstellenden Grundmaterials in bekannter Weise ebenfalls durch Diffusion erzeugt. In der die erhaltene Struktur abdeckenden SiO₂-Schioht 24 werden nun Kontaktfenster 25 in der bereits beschriebenen Weise erzeugt. Die polykristallinen Schichtteile 26 sowie die auf ihnen erzeugten Elektroden 27 und Leitbahnen 28 vervollständigen die Anordnung.

5 Patentansprüche
2 Figuren

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit pn-Übergang, bei dem die Oberfläche eines dotierten Halbleitereinkristalls mit einer Schutzschicht aus Isoliermaterial abgedeckt, in dieser Sohutzaohiohtein zur Halbleiteroberfläche durchgehendes Fenster erzeugt und in dieses Fenster eine den Querschnitt dieses Fensters an der Halbleiteroberfläche ausfüllende, das einkristalline Halbleitermaterial im Fenster sperrfrei kontaktierende Elektrode eingebracht und ihrerseits mit einer auf der Isolierschicht aufgebrachten Leitbahn kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf die in dem Kontaktfenster freigelegte einkristalline Halbleiteroberfläche zunächst eine Schicht des betreffenden Halbleitermaterials in polykristallinem oder amorphem Zustand niedergeschlagen, dann auf dieser Schicht eine Sohicht aus dem Elektrodenmetall aufgebracht und die Beschaffenheit des niedergeschlagenen Halbleitermaterials duroh Dotierung so beeinflußt wird, daß die herzustellende Elektrode - zumindest nach einer Wärmebehandlung - eine sperrfreie Verbindung zu dem einkristallinen Halbleitermaterial erhält.

2. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline bzw. amorphe Halbleitermaterial nur auf die an den Kontaktstellen freigelegte Halbleiteroberfläche abgeschieden wird»

3. Verfahren nach Anspruoh 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht einer keinreduzierenden Behandlung unterworfen und dann die Abscheidung dee Halbleiters, insbesondere Siliciums, mit einem aur Abscheidung you atomarem Halbleitermaterial befähigten Reaktionagas, jedoch bei einer nicht mehr für die einkriatalline Abscheidung ausreichenden Temperatur - vo£g«aoouen wird»

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4* Verfahren naoh einem der Ansprüche 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß die polykristalline Abscheidung an den Kontaktstellen duroh Transportreaktion nach der Sandwich-Methode unter Verwendung der die Halbleiteroberfläche außerhalb der Kontaktstellen bedeckenden Isolierschicht als Abstandshalter erfolgt.

5. Verfahren naoh einem der Ansprüche 1-4-, dadurch gele ennez ei ohne t, daß das Elektrodennetall ganzfläohig aufgebracht und außerhalb der Kontaktstellen und der beabsichtigten Leitbahnen mit einer Fotolackätztechnik entfernt wird.

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