DE2056220C3 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer HalbleiteranordnungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
r> Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem eine
Metallschicht auf einem Substrat und wenigstens teilweise in Kontakt mit einer Oberflächenzone dieses
Substrats angebracht wird, wonach die Metallschicht mit Ionen bombardiert wird und wenigstens ein Teil der
to Metallschicht in der hergestellten Anordnung als Elektrodenverbindung, die mit wenigstens einem Teil
der kontaktierten Oberflächenzone einen Kontakt bildet beibehalten wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus Proceedings of the
« I. E. E. E7 VoI, 57, Mai 1969, Nr. 5, S. 812-813 bekannt
Dabei wird eine PtSi-Schicht mit Borionon beschossen,
wobei die Borionen durch die PtSi-Schicht hindurchdringen und im darunterliegenden Halbleiterkörper
eine p-dotierte Zone erzeugen.
Bei der Herstellung einer elektrischen Halbleiteranordnung ist es bekannt, eine Metallschicht auf einem
Substrat niederzuschlagen und wenigstens einen Teil der Metallschicht als Elektrodenverbindung mit derw
Substrat beizubehalten. In gewissen Fällen haftet die Metallschicht aber nicht stark an dem Substratmaterial,
so daß die gebildete Elektrodenverbindung ungünsiige elektrische Eigenschaften aufweist.
Sogar wenn die Elektrodenverbindung stark haftet, können ungünstige elektrische Eigenschaften dadurch
t.o auftreten, daß auf der Substratoberfläche ein dünner
verunreinigender Film z. B. absorbierter Atome oder Moleküle und Öberflächenreaktionsprodukte vorhanden
ist Wenn z. B. das Substrat eine erstfi Aluminiumschicht
ist, ist auf der Oberfläche dieses Substrat häufig
hi ein dünner Film aus Aluminiumoxyd oder einer anderen
Verunreinigung vor/fanden; dieser Film kann einen
innigen Kontakt zwischen dieser ersten Aluminiumschicht und einer zweiten auf der ersten Schicht
niedergeschlagenen Aluminiumschicht verhindern; durch diesen nicht innigen Kontakt kann ein zusätzlicher
elektrischer Widerstand in das Verbindungssystem eingeführt werden. Ein derartiges Aluminiumschicht-Verbindungssystem
kann einen Teil einer Dünn- oder Dickfilmschaltung oder einen Teil eines Verbindungssystems
bilden, das aus mehreren übereinander liegenden Schichten in einer monolithischen integrierten Schaltungbesteht.
Das Problem ungünstiger elektrischer Eigenschaften einer Elektrodenverbindung kann bei der Herstellung
von Schottky-Grenzschichtdioden wichtig sein. Schottky-Grenzschichtdioden
weisen eine sehr geringe Speicherung von Minoritälsladungsträgern am Übergang
Metall/Halbleiter auf; demzufolge sind derartige Dioden bei vielen industriellen Anwendungen für Betrieb
bei hohen Geschwindigkeiten geeignet. Schottky-Grenzschichtdioden. insbesondere mit Metall/Halb-Teiterübergängen
mit einer großen Oberfläche und mit reproduzierbaren Eigenschaften, wie Schwellwertspannung
und Reihenwiderstand, lassen sich durch bekannte einfache Niederschlagverfahren schwer herstellen. Es
stellt sich heraus, daß diese Schwierigkeiten teilweise auf das Vorhandensein eines verunreinigenden Filmes
aus einem Fremdmaterial mit einer Dicke von einem oder mehreren Atomschichten auf der Halbleiteroberfläche
zurückzuführen sind. Ein derartiger verunreinigender Film verhindert einen innigen Kontakt zwischen
der Metallschichtelektrode und dem Halbleiterkörper, so daß die Potentialsperre am Übergang auf bizarre
Weise variiert.
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen ist es oft erwünscht, daß ein Dotierungselement in eine
Oberflächenzone des Halbleiterkörpers eingeführt und eine Metallschichtelektrodenverbindung mit der Oberflächenzone
hergestellt wird.
Bei vielen der bisher hergestellten Halbleiteranordnungen wurde das Dotierungselement mit Hilfe eines
Legierungsverfahrens eingeführt. Derartige Legierungsverfahren eignen sich aber weniger gut zur
Herstellung besonders kleiner Anordnungen; es ist schwierig, die laterale Streuung und Tiefe der gebildeten
legierten Zone zu regeln und insbesondere die Abmessungen der Zone auf geringe Werte, z. B. in der
Größenordnung von μνη oder Zehnteln eines μπι, zu
beschränken. Außerdem lassen sich schwer gleichzeitig und automatisch eine Vielzahl derartiger legierter
Zonen auf einer einzigen Oberfläche zur gleichzeitigen Herstellung einer Vielzahl derartiger Anordnungen
bilden.
Beim obenerwähnten bekannten Verfahren wird eine direkte Implantation von Dotierungsionen im Halbleiterkörper
angewendet
Dabei kann eine Hochfrequenz-Ionenquelle benutzt werden, die mit gasförmigen Verbindungen, die das
erwähnte Dotierungselement enthalten, gespeist wird. Ein aus einer derartigen Quelle erhaltenes Bündel
beschleunigter Ionen enthält außer den zu implantierenden Ionen auch noch andere Ionen, so daß es
erforderlich ist, das Bündel magnetisch zu analysieren und die gewünschten Ionenarten zu selektieren, bevor
die Ionenquelle in eine Auffangkammer gesetzt und der Körper bombardiert wird. Das Erzeugen eines genügend
reinen Ionenbündels und/oder eines genügend hohen lonenstroms aus einer derartigen ionenquelle zur
Implantierung nach einem derartigen bekannten Verfahren kann Schwierigkeiten bereiten.
Aus der deutschen Patentanmeldung L10130
VNIc/2Ig — 18.12.52 ist es bekannt, mit Einwirkung eines Elektronen- bzw. Ionenstrahles auf eine Halbleiteroberfläche
aufgebrachte Fremdsubstanzen im Halbleiterkörper einzubauen. Dabei dient der Elektronen-
oder Ionenstrahl zum Erhitzen der Halbleiteroberfläche.
Aus der DE-PS 9 37 002 ist bekannt, daß die Masse und die kinetische Energie von bombardierenden
inneren Gasionen so gewählt werden, daß aufgrund
in einer Energieübertragung durch Kollision Atome aus
einer Oberflächenschicht eines Halbleiterkörper in tiefer gelegene Zonen dieses Halbleiterkörpers implantiert
werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein inniger Metall-Halbleiterkontakt mittels eines Beschüsses mit Ionen erzeugt wird, die die Dotierungseigenschaften des Halbleiterkörpers nicht beeinflussen und bei dem sich eine Nacherhitzung bei hoher Temperatur in den meisten Fällen erübrigt und bei dem zur eventuellen Dotierung des Haibleiterkörpers nicht am Beschüß beteiligte Ionen verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein inniger Metall-Halbleiterkontakt mittels eines Beschüsses mit Ionen erzeugt wird, die die Dotierungseigenschaften des Halbleiterkörpers nicht beeinflussen und bei dem sich eine Nacherhitzung bei hoher Temperatur in den meisten Fällen erübrigt und bei dem zur eventuellen Dotierung des Haibleiterkörpers nicht am Beschüß beteiligte Ionen verwendet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
2·> daß die bombardierenden Ionen Ionen eines inerten
Gases sind, und daß die Masse und die kinetische Energie der bombardierenden inerten Gasionen und die
Dicke der Metallschicht so gewählt werden, daß aufgrund einer Energieübertragung durch Kollision
Atome eines Elementes aus der Metallschicht in die kontaktierte Oberflächenzone des Substrats implantiert
werden.
Ein Implantationsverfahren, bei dem eine Schicht mit Ionen bombardiert wird, um durch Energieübertragung
J5 zu bewirken, daß Atome eines Elements aus der Schicht in eine unterliegende Oberflächenzone eindringen, kann
mit dem Ausdruck Rückstoß-Implantation bezeichnet werden. Es ist einleuchtend, daß infolge des Ionenbeschusses
einige der in den erwähnten Oberflächenteil
-to eindringenden Atome ionisierte Atome des erwähnten
Elements sein können.
Indem die Metallschicht mit Ionen bombardiert wird, um durch Energieübertragung zu bewirken, daß Atome
eines Elements aus der Metallschicht in die erwähnte
•15 Oberflächenzone eindringen, wird ein inniger Kontakt
zwischen der Oberflächenzone und der Metallschicht hergestellt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein
dünner verunreinigender Film auf der Substratoberfläche unter der Metallschicht liegt; in diesem Falle
ermöglichen die Atome aus der Metallschicht, die durch den verunreinigenden Film dringen und in die
Oberflächenzone des Substrats implantiert werden, die Herstellung eines zweckmäßigen elektrischen Kontakts
zwischen der Metallschicht und der erwähnten Oberflächenzone des Substrats.
Da Atome des erwähnten Elements aus der Metallschicht in die erwähnte Oberflächenzone des
Substrats durch Energieübertragung der bombardierenden Ionen eindringen, ist eine Behandlung bei hoher
w Temperatur nicht erforderlich. Dadurch können die erforderlichen Bearbeitungsschritte fast ausnahmslos
vor dem Beschüß durchgeführt werden, so daß der Beschüß und die sich daraus ergebende Implantation
einer der letzten Herstellungsschritte sein kann.
*■'■ Wenn das Substrat ein Kalbleiterkörper ist, kann das
Material der Metallschicht ein Dotierungselement des Halbleiters sein, so daß durch einen einzigen Ionenbeschuß
ein inniger Kontakt zwischen der Metalischicht
und der erwähnten Oberf'ächcnzone hergestellt werden
kann, während die in die erwähnte Oberflächenzone implantierten Atome des Dotierungselements den
Leitfähigkeitstyp der Zone ändern können. Ferner eignet sich ein derartiges Implanlalionsveffahren
besonders gut zum Anbringen in einen Halbleiterkörper implantierter dotierter Gebiete mit geringer Tiefe und
erwilnschlenfalls auch zum Herbeiführen geringer seillicher Streuung. Ein derartiges Implantationsverfahren
weist einige der Vorteile des bekannten obenbeschriebenen Legierungsverfahrens auf, 2. B. die Einführung
des Dotierungselements aus einer Elektrodenschicht und einen innigen Kontakt zwischen der
Elektrode und dem Halbleiterkörper, wobei bestimmte Nachteile, z. B. die schwierige Regelung geringer Tiefen
und geringer seitlicher Streuung, vermieden werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird als Substrat eine zuvor angebrachte weitere Metallschicht
verwendet, die sich auf einem Trager befindet, so daß die Atome der Metallschicht zur Bildung eines
ohmschen Kontaktes zwischen den beiden Metallschichten in die unter ihr liegende Oberflächenzone der
weiteren Metallschicht eindringen.
Die beiden Schichten können aus dem gleichen Metall oder aus verschiedenen Metallen bestehen. Wenn die
beiden Schichten gemäß einer Weiterbildung der Erfindung aus Aluminium bestehen, ist häufig ein dünner
Film aus Aluminiumoxyd oder aus einer anderen Verunreinigung auf der kontaktierenden Oberfläche der'
Metallschichtverbindung vorhanden; der Beschüß und die sich daraus ergebende Implantation können die
Bildung eines zweckmäßigen elektrischen Kontakts durch einen derartigen Film hindurch bewirken.
Durch passende Wahl der Masse und der kinetischen Energie der bombardierenden Ionen im Verhältnis zu
den Atomen des Elements kann die Energieübertragung von einem Ion auf ein Atom des Elements gesteuert
werden, wodurch die Implantationstiefe von Atomen des Elements in das Substrat geregelt werden kann. Eine
derartige Selektion des bombardierenden Ions kann sich auf einfache Versuche und/oder auf einfache
Berechnungen gründen, weil die Massen sowohl der stoßenden Ionen als auch der gestoßenen Atome und in
vielen Fällen die Eindringtiefe der Ionen und Atome für eine vorgegebene Energie in bestimmten Materialien
bekannt sind. Die betreffenden Massen der Ionen und der Atome werden derart gewählt, daß eine geeignete
Energieübertragung von einem Ion auf ein Atom erhalten werden kann, während die Energie des Ions in
Abhängigkeit von der gewünschten Implantationstiefe der Atome des Elements gewählt wird.
Die Dicke der Metallschicht wird in Abhängigkeit von der gewünschten Implantationstiefe der Atome in das
Substrat und von der Eindringtiefe der bombardierenden Ionen und der erwähnten Atome in die verschiedenen
vorhandenen Materialien gewählt. Im allgemeinen sind diese Abmessungen verhältnismäßig gering, so daß
die Metallschicht verhältnismäßig dünn ist. In Fällen, in denen eine verhältnismäßig dicke Elektronenverbindung
in der hergestellten Anordnung erforderlich ist, kann der Teil der Metallschicht, der in der hergestellten
Anordnung beibehalten werden muß, nach Durchführung des Beschüsses und der Implantation, z. B. durch
elektrolytisches Niederschlagen oder Aufdampfen, versteift werden.
Die erwähnten Atome können selektiv in das Substrat zur Bildung eines Oberflächengebietes mit einer
bestimmten Konfiguration implantiert werden. Die Selektivität kann dadurch erhalten werden, daß eine
Maskierungsschicht auf der Oberfläche des Substrats zur Maskierung unterliegender Teile des Substrats
gegen Implantation der Erwähnten Atome angebracht wird. Die Selektivität läßt sich auch dadurch erhalten,
daß die Metallschicht selektiv mit einem fokussierten Ionenbündel abgetastet wird.
Die Zusammensetzung und die Dicke der Metallschicht können derart gewählt werden, daß wenigstens
der größte Teil der die Metallschicht bombardierenden Ionen darin absorbiert werden und nicht in das Substrat
eindringen. Eine solche Absorption des größten Teiles der Ionen oder praktisch sämtlicher die Metallschicht
bombardierender Ionen ist in vielen Fällen günstig. Zum
is Beispiel kann durch Implantation herbeigeführte Störung
des Kristallgitters in einem Substrat eines Halbleiterkörpers herabgesetzt werden, wenn wenigstens
der größte Teil der bombardierenden Ionen absorbiert wird, ohne in den Halbleiterkörper einzudringen.
Es kann eine inerte lonenart gewählt werden, bei der ein genügend hoher Ionenstrom aus einer
verhältnismäßig einfachen Ionenquelle erhalten werden kann und die eine Masse aufweist, welche eine geeignete
Energieübertragung auf die Atome des Elements ermöglicht.
Die inerten Ionen können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung Argon- oder Kryptonionen sein und zum
Beispiel aus einer Gasentladung erhalten werden. In diesem Falle, wenn das Substrat ein Halbleiterkörper ist,
3ö kann Absorption wenigstens des größten Teiles der
Ionen oder praktisch sämtlicher bombardierender Ionen ohne Eindringung in den Halbleiterkörper beim
Verhindern unerwünscht hoher Konzentrationen inerten Gases in dem Halbleiterkörper wichtig sein. Es hat
sich herausgestellt, daß z. B. beim direkten Implantieren von Neonionendosen von mehr als 10" Neonionen/cm2
eine amorphe Zone im Halbleiterkörper gebildet und Kristallisationen dieser Zone durch das Niederschlagen
des implantierten Neons in Blasen verhindert wird.
Die bombardierenden Ionen können gemäß eine--Weiterbildung
der Erfindung Energien im Bereich von 10 keV bis 100 keV haben.
Ein derartiges Herstellungsverfahren kann sich bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung als besonders
günstig erweisen, bei der, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, als Substrat ein Halbleiterkörper
verwendet wird. Die Elektrodenverbindung kann einen ohmschen Kontakt oder einen gleichrichtenden Kontakt
mit der Halbleiteroberfläche bilden.
Da die Eindringtiefe sowohl der bombardierenden ionen als auch der gestoßenen Atome in die
Metallschicht und in den Halbleiterkörper im allgemeinsn
verhältnismäßig gering ist, muß die Dicke der Metallschicht verhältnismäßig gering sein, um eine
angemessene Implantationstiefe in den Halbleiterkörper erzielen zu können. Die Dicke der Metallschicht
beträgt, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, höchstens 0,1 μπι.
Die Metallschicht darf jedoch nicht zu dünn sein, weil während des Beschüsses mit hohen Ionendosen die Dicke der Metallschicht durch Zerstäubung herabgesetzt wird und wenigstens ein Teil der Metallschicht in der hergestellten Anordnung als Elektronenverbindung beibehalten werden muß. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann es erforderlich sein, daß die Dicke der Metallschicht derart ist, daß wenigstens der größte Teil der die Metallschicht bombardierenden Ionen darin absorbiert wird, ohne in den Halbleiterkörper einzu-
Die Metallschicht darf jedoch nicht zu dünn sein, weil während des Beschüsses mit hohen Ionendosen die Dicke der Metallschicht durch Zerstäubung herabgesetzt wird und wenigstens ein Teil der Metallschicht in der hergestellten Anordnung als Elektronenverbindung beibehalten werden muß. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann es erforderlich sein, daß die Dicke der Metallschicht derart ist, daß wenigstens der größte Teil der die Metallschicht bombardierenden Ionen darin absorbiert wird, ohne in den Halbleiterkörper einzu-
dringen. Die Dicke der Metallschicht beträgt dann, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, 0,05 μίτι.
Ist die Halbleiteranordnung eine Schottky-Diode, so wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als
Metallschicht eine Metallschichtelektrode verwendet, die einen Schot'ky-Übergang mit der Oberfläche des
aus einem Halbleiterkörper bestehenden Substrats bildet, so daß o'ie Atome der Metallschichtelektrode, die
in die kontaktierte Oberflächenzone des Halbleiterkörpers eindringen, an der Oberfläche einen innigen
gleichrichtenden Kontakt zwischen der Metallschicht-Elektrode und dem Halbleiterkörper bilden.
Indem die Metallschichtelektrode auf diese Weise mit Ionen bombardiert wird, können Atome des Metalls
durch einen dünnen verunreinigenden Film auf der Halbleiteroberfläche hindurch dringen und an der
Oberfläche einen innigen Kontakt zwischen der Metallschichtelektrode und dem Halbleiterkörper herstellen
Auf Hie«? Wpise können Sehnttky-Dioden mit
großen Übergangsoberflächen und reproduzierbaren Eigenschaften hergestellt werden.
Von besonderer Bedeutung für die Herstellung von Halbleiteranordnungen sind Verfahren, bei denen die
Rückstoß-Implantation zum Einführen von den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Dotierungsatomen in die
Oberflächenzone des Halbleiterkörpers angewandt wird. In diesem Falle wird gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung eine ein Dotierungselement vom einen Leitfähigkeitstyp enthaltende Metallschicht verwendet.
Derartige Verfahren können sich als vorteilhaft erweisen, wenn in einen Oberflächenteil des Halbleiterkörpers
ein Dotierungselement implantiert werden muß, von dem sich schwer beschleunigte Ionenbündel
erhalten lassen, die entweder eine genügend hohe Reinheit oder einen genügend hohen Ionenstrom zur
direkten Implantation nach dem bekannten obenbeschriebenen Verfahren aufweisen. Ferner ist im
allgemeinen die Konzentration von durch Rückstoß-Implantation eingebrachten Dotierungselementatomen an
der Oberfläche des Halbleiterkörpers hoch, so daß die die Elektrodenverbindung herstellende Metallschicht
einen Kontakt mit erv.er durch die Implantation erhaltenen Zone mit niedrigem spezifischem Widerstand
bildet.
Die Metallschicht kann aus z. B. Aluminium bestehen, welches Element in der bekannten Halbleitertechnik für
Elektrodenverbindungen verwendet wird und sowohl ein Akzeptorelement in Silicium als auch ein schlecht
zerstäubbares Material ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel besteht die Metallschicht aus Antimon,
welches Element als Donatorelement in Silicium wirkt
Die Atome des Dotierungselements vom einen Leitfähigkeitstyp können in einen Teil des Halbleiterkörpers
vom einen Leitfähigkeitstyp eindringen und die Leitung dieses Teiles an der Oberfläche vergrößern und
einen guten ohmschen Kontakt zwischen der Metallschicht und dem Teil des Halbleiterkörpers bilden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann aber auch als Halbleiterkörper ein Halbleiterkörper vom
entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp als dem der implantierten Atome verwendet werden. Dabei kann
ein pn-Übergang gebildet werden.
Gegen Ende der Eindringtiefe der Dotierungsatome in den Halbleiterkörper kann ein Atom einer Anzahl
stark streuender Kollisionen ausgesetzt werden; die Frenkelfehler herbeiführen und das Atom, gewöhnlich
in einer Zwischengitterlage, zur Ruhe bringen. Um die einwandfreie Halbleiterkristallform wiederherzustellen
und Dotierungselcmcntatomc zu Substitutionslage zu
verschieben, ist eine Ausglühbehandlung erforderlich. Untersuchungen haben ergeben, daß die Kristallfehler
nahezu völlig durch Ausglühen bei einer mäßigen Temperatur unterhalb typischer Diffusionstemperaturen,
z. B. bei etwa GOO0C in Silicium beseitigt werden
können. Die Ausglühbehandlung kann nach dem Beschüß durchgeführt werden, und/oder der Körper
kann während des Ionenbeschusses erhitzt werden, in welchem Falle sich herausstellt, daß die Eindringtiefe
der Ionen und der Atome in die Metallschicht und in den Halbleiterkörper durch die Temperatur geändert wird.
Weiter dürfte es einleuchten, daß die endgültigen Grenzen von Gebieten und die endgültigen Lagen von
Übergängen, die im Halbleiterkörper durch Implantation gebildet werden, in gewissen Fällen erst nach einer
derartigen Ausglühbehandlung definiert werden können.
Wenn als Halbleiterkörper ein Halbleiterkörper vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp als dem der implantierten Atome verwendet wird und die Halbleiteranordnung eine Anordnung zum Detektieren und/oder Messen von Strahlung ist, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Metallschicht auf der ganzen einen Hauptoberfläche des aus einem Halbleiterkörper vom anderen Leitfähigkeitstyp bestehenden Substrats angebracht und mit Ionen bombardiert werden, um zu bewirken, daß Atome des Dotierungselements in die ganze eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers vom anderen Leitfähigkeitstyp eindringen und im Halbleiterkörper eine flache Oberflächenzone vom einen Leitfähigkeitstyp bilden, die mit dem angrenzenden Teil des Halbleiterkörpers vom anderen Leitfähigkeitstyp einen strahlungsempfindlichen pn-übergang bildet.
Wenn als Halbleiterkörper ein Halbleiterkörper vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp als dem der implantierten Atome verwendet wird und die Halbleiteranordnung eine Anordnung zum Detektieren und/oder Messen von Strahlung ist, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Metallschicht auf der ganzen einen Hauptoberfläche des aus einem Halbleiterkörper vom anderen Leitfähigkeitstyp bestehenden Substrats angebracht und mit Ionen bombardiert werden, um zu bewirken, daß Atome des Dotierungselements in die ganze eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers vom anderen Leitfähigkeitstyp eindringen und im Halbleiterkörper eine flache Oberflächenzone vom einen Leitfähigkeitstyp bilden, die mit dem angrenzenden Teil des Halbleiterkörpers vom anderen Leitfähigkeitstyp einen strahlungsempfindlichen pn-übergang bildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Maskierungsschicht selektiv an der Oberfläche des aus
einem Halbleiter bestehenden Substrats angebracht werden, und die Metallschicht auf der Maskierungsschicht und auf wenigstens einem unmaskierten Teil der
Halbleiteroberfläche angebracht werden, wobei die Zusammensetzung und die Dicke der Maskierungsschicht derart gewählt sind, daß, wenn die bombardierenden
inerten Gasionen auf die ganze erwähnte Halbleiteroberfläche gerichtet werden. Atome aus der
Metallschicht, die in die Maskierungsschicht eindringen, nicht in die Halbleiteroberfläche eindringen, so daß die
Implantation selektiv erfolgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Maskierungsschicht aus Siliciumdioxyd, und wenigstens
ein Teil der Schicht in der hergestellten Andordnung wird als eine isolierende und/oder
passivierende Schicht auf der Halbleiteroberfläche beibehalten. In diesem Falle, wenn das Element ein
Dotierungselement vom einen Leitfähigkeitstyp ist,
kann die Halbleiteranordnung eine pn-Übergangsdiode enthalten, und gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
können die Atome des Dotierungselements, die selektiv in die Halbleiteroberfläche implantiert werden,
ein an die Oberfläche grenzendes Gebiet vom einen Leitfähigkeitstyp bilden, das mit dem angrenzenden Teil
des Halbleiterkörpers vom anderen Leitfähigkeitstyp einen pn-Übergang bildet, der an der erwähnten
Halbleiteroberfläche unterhalb der Maskierungsschicht aus Siliciumdioxyd endet
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung besteht die Maskierungsschicht aus Metall, und
wenigstens ein Teil des Musters in der hergestellten Anordnung wird als Elektrodenteil der Anordnung
beibei/allen. Der Elektrodenteil kann mit der Halbleiteroberfläche
in Kontakt stehen oder von dieser Oberfläche z. B. durch eine verhältnismäßig dünne
Isolierschicht getrennt sein.
Wenn das Element ein Dotierungselement vom einen Leilfähigkeitstyp ist, von dem Atome in einen Teil der
Halbleiteroberfläche vom anderen Leitfähigkeitstyp eindringen, kann die Halbleiteranordnung einen Feldeffekttransistor
mit isolierter Gate-Elektrode enthalten, bei dem gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die
metallene Maskierungsschicht eine metallene Gateelektrode enthält, die auf einer verhältnismäßig dünnen
Isolierschicht auf der Halbleiteroberfläche angebracht wird, wobei Atome des Dolierungselemenls vom einen
Leitfähigkeits'yp, die aus der Metallschicht selektiv in
die Halbleiteroberfläche implantiert werden, Souree- und Drainzonen vom einen Leitfähigkeitstyp bilden, die
an die Oberfläche grenzen, wobei der Teil der Halbleiteroberfläche, der durch die metallene Gateelekfrode
gegen Implantation maskiert ist, das Kanaigebiei des Feldeffekttransistors bildet.
Die Ränder der Source- und Drainzonen können somit praktisch mit den Rändern der metallenen
Gateelektrode zusammenfallen, wenn ein derartiges Implantationsverfahren verwendet wird.
Ein Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode, der auf diese Weise hergestellt ist, kann eine sehr
niedrige Gate-Drain-Kapazität aufweisen, weil die gegenseitige Überlappung der Gateelektrode und der
Drainzone im Vergleich zu der einer Feldeffekttransistorstruktur, in der die Source- und Drainzonen lediglich
durch Diffusionstechniken gebildet werden, gering ist. Außerdem können durch dieses Verfahren Kanalgebiete
genau kontrollierter Abmessungen und geringer Länge erhalten werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine weitere verhältnismäßig dicke isolierende Maskierungsschicht selektiv auf der Halbleiteroberfläche angebracht
werden, bevor auf dieser Oberfläche die das Dotierungselement enthaltende Metallschicht angebracht
wird, wobei während des Ionenbeschusses die weitere Maskierungsschicht gegen Implantation des Dotierungselements
maskiert und auf diese Weise die vom Kanalgebiet abgekehrten Außenränder der Source- und
Drainzonen definiert
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich zu der ein Dotierungselement des einen
Leitfähigkeitstyps enthaltenden ersten Metallschicht eine zweite ein Dotierungselement vom anderen
Leitfähigkeitstyp enthaltende Metairschicht auf der Oberfläche des aus einem Halbleiter bestehenden
Substrats angebracht werden, und beide Metallschichten gleichzeitig mit inerten Gasionen bombardiert
werden, die durch Energieübertragung bewirken, daß Atome der beiden Dotierungselemente in die Halblederoberfläche
eindringen.
In diesem Falle kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die das Dotierungselement vom einen
Leitfähigkeitstyp enthaltende erste Metallschicht auf der zweiten Metallschicht vom anderen Leitfähigkeitstyp
angebracht werden. Die Halbleiteranordnung kann einen bipolaren Transistor enthalten, wobei gemäß
einer Weiterbildung der Erfindung die zweite, das Dotierungselement vom anderen Leitfähigkeitstyp
enthaltende Metallschicht selektiv auf der Halbleiteroberfläche angebracht wird, während die das Doiierungselement
vom einen Leitfähigkeitstyp enthaltende erste Metallschicht auf der zweiten Metallschicht und
auf einem freigelegten Teil der Halbleiteroberfläche angebracht wird, wobei während des Beschüsses mit
den inerten Gasionen Atome des Dotierungselements vom einen Leitfähigkeitstyp in die Halbleiteroberfläche
eindringen und ein Gebiet dieses einen Leitfähigkeitstyps bilden, das zu der Basiszone des Transistors gehört,
während Atome des Dotierungselements vom anderen Leitfähigkeitstyp weniger tief in die Halbleiteroberfläche
eindringen und das Gebiet vom anderen Leitfähigkeitstyp bilden, das zu der Emitterzone des Transistors
gehört, wobei der Emitter-Basis-pn-Übergang an der Halbleiteroberfläche endet.
Eine derartige Halbleiteranordnung kann ein gesonderter bipolarer Transistor sein. Die Halbleiteranordnung
kann ferner eine integrierte Schaltung sein, die einen bipolaren Transistor und mindestens ein weiteres
Schaltungselement enthält, wobei gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Atome der beiden Dotierungselemente
zur gleichzeitigen Bildung von HaIbieiterzonen des bipolaren Transistors und des weiteren
Schaltungselements selektiv in die Halbleiteroberfläche implantiert werden.
Die Halbleiteranordnung kann eine integrierte Schaltung sein, die einen bipolaren Transistor und einrn
Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode oder einen Grenzschicht-Feldeffekttransistor enthält.
Die beiden aufeinanderliegenden Metallschichten können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auf
der ganzen Halbleiteroberfläche angebracht und von einem Bündel inerter Gasionen mit modulierter Energie
abgetastet werden, wobei die Energiemodulation derartig ist, daß Atome der beiden Dotierungselemente
zur Bildung von Halbleiterzonen mit der gewünschten Konfiguration der Halbleiteranordnung selektiv in die
Halbleiteroberfläche implantiert werden. Da die beiden Metallschichten verschiedene Kollisionsquerschnitte
aufweisen, können auf diese Weise Dioden, Widerstände, Kondensatoren, bipolare Transistoren und Feldeffekttransistoren
auf der Halbleiteroberfläche durch Modulation der Energie J'es Ionenbündels hergestellt
werden.
Die Halbleiteranordnung kann z. B. auch eine integrierte Schaltung sein, und die erwähnte Halbleiteroberfläche
kann z. B. aus einer Hauptoberfläoe eines Teiles der Halbleiterschicht bestehen, die wenigstens im
wesentlichen den anderen Leitfähigkeitstyp aufweist und auf einem Halbleitersubstrat vom einen Leitfähigkeitstyp
liegt. Die Schicht kann z. B. eine dünne epitaktische Schicht auf dem Halbleitersubstrat sein.
Schaltungselemente der integrierten Schaltung können z. B. gegeneinander dadurch isoliert werden, daß die
Schaltungselemente in inselförmigen Teilen der Halbleiterschicht angebracht werden, die voneinander durch
ein Isolierungsgebiet vom anderen Leitfähigkeitstyp getrennt sind, daß sich von der Halbleiteroberfläche her
in der Schicht erstreckt. Das Isolierungsgebiet kann sich in der Schicht bis zu der gleichen Tiefe wie die Basiszone
eines bipolaren Transistors erstrecken. In diesem Falle wird die Isolierung im Betriebszustand in der Schaltung
dadurch angebracht, daß der pn-übergang zwischen dem Isolierungsgebiet und der Halbleiterschicht derart
in der Sperrichtung vorgespannt wird, daß die gebildete Erschöpfungsschicht die verbleibende Schichtdicke
zwischen dem Isolierungsgebiet und dem Substrat überbrückt Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
erstreckt sich das Isolierungsgebiet über die ganze Dicke der Schicht und kann in der Schicht angebracht
werden, bevor die Dotieruneselemente imDlantiert
werden.
Die Halbleiteranordnung kann z. B. auch eine integrierte Schaltung sein, von der verschiedene
Schaltungselemente durch Isolierungskanäle gegeneinander isoliert sind, die nachher in dem Halbleiterkörper
gebildet sind. Die Lolierungskanäle können wenigstens in der Nähe der Schaltungselemente aus einem
isolierenden dielektrischen Material bestehen; auch können die Kanäle Luftisolierungskanäle sein. Bei
einem Ausführungsbeispiel mit Luftisolierungskanälen können Schallungselemente völlig durch Luftisolierung
voneinander getrennt sein und nur durch aus Metallschichten bestehende elektrische Verbindungsleitungen
in Form einer integrierten Schaltung zusammenhängen. Bei einer weiteren Ausiührungsform können die
Luftisolierungskanäle Halbleiterinseln mit Zonen von Schalungselementen voneinander trennen, wobei die
Halbleiterinseln auf einem Halbleitersubstrat vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp oder auf einem
isolierenden Träger liegen.
Als Substrat kann gemäß Weiterbildung der Erfindung ein Halbleiterkörper aus Silicium, Germanium,
einer AnlBv-Verbindung oder einer A"BVi-Verbindung
verwendet werden.
Bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen kann die Rückstoß-Implantation auch in Verbindung mit
vielen bekannten Halbleitertechniken, z. B. direkter Ionenimplantation, epitaktischem Anwachsen und thermischer
Diffusion, angewandt werden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dai gestellt und werden im folgenden
näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 — 3 schematisch Querschnitte durch einen
Halbleiterkörper einer Halbleiteranordnung in verschiedenen Stufen der Herstellung.
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch einen
Halbleiterkörper einer Schottky-Diode in einer Stufe der Herstellung.
Fig. 5 —8 schematische Querschnitte durch einen
Halbleiterkörper eines Feldeffekttransistors mit isolierter Gateelektrode in verschiedenen Stufen der Herstellung.
Fig. 9—12 schematische Querschnitte durch einen
Halbleiterkörper eines bipolaren Transistors in verschiedenen Stufen der Herstellung,
F ι g. 13 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterkörper einer integrierten Schaltung
in einer Stufe der Herstellung,
Fig. 14 einen schematischen Querschnitt durch ein ein/eines Halbleiterbauteil mit Metallschichtverbindungen
auf zwei Pegeln in einer Stufe der Herstellung.
Bei dem nachstehenden Ausführungsbeispielen wird die Metallschicht auf dem Substrat wenigstens teilweise
in Kontakt mit einer Oberflächenzone des Substrats angebracht. Die Metallschicht wird dann mit Ionen
bombardiert, um durch Energieübertragung zu bewirken, daß Atome eines Elements aus der Metallschicht in
die erwähnte Oberflächenzone des Substrats implantiert werden. Dadurch werden die elektrischen Eigenschaften
der erwähnten Oberflächenzone geändert. Wenigstens ein Teil der Metallschicht wird in der
hergestellten Anordnung als Elektronenverbindung beibehalten. Sie bildet einen Kontakt mit wenigstens
einem Teil der erwähnten Oberflächenzone. Eine Vielzahl von Halbleiteranordnungen wird aus derselben
Halbleiterscheibe dadurch hergestellt, daß gleichzeitig eine Reihe von Elementen für die Anordnung auf der
Scheibe gebildet wird, wonach die Scheibe zur Bildung gesonderter Halbleiterkörper für jede gesonderte
Halbleiteranordnung unterteilt wird.
Die zu jedem Ausführungsbeispiel gehörigen Zeichnungen zeigen im Querschnitt nur einen Teil der
Halbleiterscheibe, gewöhnlich den Teil, der den Halbleiterkörper einer Halbleiteranordnung bildet. Die
verschiedenen Herstellungsstufen werden für den Halbleiterkörper einer einzigen Halbleiteranordnung
statt für die ganze Scheibe beschrieben. Es ist
ίο einleuchtend, daß bei Verwendung von Schritten, wie
photolithographischen Ätztechniken, selektiver Implantation von Atomen und Ausglühen, diese Bearbeitungen
entweder gleichzeitig an einer Anzahl von Stellen auf der Scheibe oder auf der ganzen Scheibe durchgeführt
werden, so daß eine Anzahl einzelner Elemente für die Anordnung gebildet werden, die durch Unterteilung der
Scheibe in einer späteren Stufe der Herstellung voneinander gelrennt werden.
Bei der Herstellung einer nn-Diode, deren Herstellungsstufen
in den Fig. 1—3 gezeigt sind, wird von einem η-leitenden Siliciumkörper 1 ausgegangen, der
einen Teil einer η-leitenden einkristallinen Siliciumscheibe bildet. Einander gegenüberliegende Hauptoberflächen
der Scheibe und des Siliciumkörpers 1 sind parallel zu den (11 IJ-Siliciumkristallflächen. Der spezifische
Widersland des Siliciumkörpers 1, wenigstens in der Nähe einer (t 11)-Siliciumoberfläche 2, ist 15 Ω · cm.
Eine Siliciumoxydschicht mit einer Dicke von 03 μτη
wird auf der (H'^Siliciumoberfläche dadurch angewachsen,
daß der Körper bei 11000C während etwa 20
Minuten in einem feuchten Sauerstoffstrom erhitzt wird. Durch ein photolithographisches Ätzverfahren wird
eine quadratische öffnung mit einer Breite von 200 μτη
in der Siliciumdioxydschicht angebracht, durch die ein Teil 4 der Oberfläche 2 des Siliciumkörpers freigelegt
wird. Auf diese Weise wird eine verhältnismäßig dicke Siliciumdioxydmaskierungsschicht 3 selektiv auf der
Oberfläche 2 angebracht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die verhältnismäßig dicke Siliciumdioxydmaskierungsschicht
3 selektiv auf der Oberfläche 2 des Siliciumkörpers angebracht, indem die Oberfläche 2 durch z. B. eine
verhältnismäßig dünne Siliciumnitridmaskierungsschicht. die nachher entfernt wird, selektiv vor
Oxydation geschützt wird.
Der Siliciumkörper 1 mit der Siliciumdioxydmaskierungsschichi
3 wird zu einem Vakuumverdampfungsapparat befördert, und Aluminium wird zur Bildung einer
Aluminiumschicht 5 mit einer Dicke von 0,065 μπι auf
der Siliciumdioxydmaskierungsschicht 3 und auf dem unmaskierten Teil 4 der Oberfläche 2 des Siliciumkörpers
niedergeschlagen. Die Außenoberfläche der Aluminiumschicht 5 wird auf der Siliciumdioxydmaskierungsschicht
3 durch Ätzung definiert.
Der Siliciumkörper 1 mit der Siliciumdioxydmaskierungsschicht
3 und der Aluminiumschicht 5 wird zu der Auffangkammer eines lonenbeschußapparates befördert.
und die Aluminiumschicht 5 wird mit Ionen bombardiert, wie mit den Pfeilen in F i g. 2 angedeutet
ist.
Die Ionenquelle ist eine verhältnismäßig einfache Argongasentladung, mit deren Hilfe ein beschleunigtes
Argonionenbündel verhältnismäßig hoher Reinheit und hohen lonenstromes erhalten werden kann. Die Menge
störender organischer aus Pumpen stammender Gase soll auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
Auf diese Weise wird die Aluminiumschicht 5 mit
einem Argonionenbündel mit einer Ionendosis von 3 · 1016 Ionen/cm3 und einer Ionenenergie von 60keV
bombardiert Die bombardierenden Argonionen bewirken durch Energieübertragung, daß Aluminiumatome in
die Siliciumdioxydmaskierungsschicht 3 und in den unmaskierten Teil der Siliciumoberfläche 2 eindringen.
Die Zusammensetzung und die Dicke der Siliciumdioxydmaskierungsschicht
3 sind derart gewählt, daß, wenn die Ionen auf die ganze erwähnte S'Jiciumoberfläche
2 gerichtet werden, Aluminiumatome, die in die Maskierungsschicht 3 eindringen, nicht in die Siliciumoberfläche
2 eindringen. Auf diese Weise wird das Element Aluminium selektiv in die Siliciumoberfläche 2
implantiert.
Die mittlere Eindringtiefe von 60 keV-Argonionen in Aluminium ist etwa 600 A und der größte Teil der die
Aluminiumschicht 5 bombardierenden Argonionen wird in der Schicht 5 absorbiert und dringt nicht in die
Siliciumoberfläche 2 ein. Etwa 96% der Energie der Argonionen wird auf die Aluminiumatome übertragen,
wodurch eine frontale Kollision auftritt, während die
erhaltene Eindringtiefe der Aluminiumatome in entweder Aluminium oder Silicium etwa 900 Ä beträgt.
Demzufolge dringen Aluminiumatome bis zu einer mäßigen Tiefe in den Siliciumkörper 1 ein.
Da Aluminium ein Akzeptorelemient in Silicium ist, bilden die Aluminiumatome, die selektiv in die
n-Ieitende Siliciumoberfläche 2 !implantiert sind, im Körper 1 ein an die Oberfläche grenzendes p-leitendes
Gebiet, das einen pn-Obergang mit dem angrenzenden Teil des den n-Leitfähigkeitstyp aufweisenden Siliciumkörpers
bildet. Wie oben erwähnt wurde, ist in gewissen Fällen eine Ausglühbehandlung erforderlich, um die
Haloleiterkristallform wiederherzustellen und Dotierungsatome
von Zwischengitterlagen zu Substitutionslagen im Kristallgitter zu verschieben. In F i g. 2 ist die
Erweiterung des Gebietes, daß die implantierten Aluminiumatome und den mit dem angrenzenden Teil
des Siliciumkörpers gebildeten Übergang enthält, mit gestrichelten Linien angegeben, weil der endgültige
Umfang des Gebietes und die endgültige Lage des Übergangs während einer solchen Ausglühbehandlung
definiert werden.
In diesem Falle wird die Ausglühbehandlung bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt, um die Bildung
eines Aluminium-Silicium-Eutektikums zu verhindern,
das bei Temperaturen oberhalb etwa 550° C erhalten wird. Eine Ausglühbehandlung bei niedriger Temperatur
wird bei 500°C während 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Auf diese Weise
wird ein gut leitendes Anodengebiet 6 vom p-Leitfähigkeitstyp mit einer Tiefe von etwa 0,025 μπι durch die
implantierten Aluminiumatome gebildet. Der pn-Übergang 7 zwischen dem p-leitenden Gebiet 6 und dem
angrenzenden η-leitenden Teil des Siliciumkörpers endet an der Siliciumoberfläche 2 unterhalb der
Siliciumdioxydrnaskierungsschicht 3.
Die auf der Siliciumdioxydmaskierungsschicht 3 und auf dem freigelegten Teil 4 der Siiliciumoberfläche 2
Hegende Aluminiumschicht 5 bildet einen guten ohmschen Kontakt mit dem p-leiteitiden Gebiet 6 und
wird als Anodenelektrode beibehalten.
Ein Kathodenkontakt wird mit dem angrenzenden η-leitenden Teil des Siliciumkörpers hergestellt. Die
Siliciumscheibe wird in einzelne Halbleiterkörper für jede pnOiode unterteilt (siehe Fig.3). In der
hergestellten Anordnung ist die Siliciumdioxydmaskierungsschichl
3 als isolierende Schicht zur Isolierung eines Teiles der Anodenelektrode 5 gegen den
η-leitenden Teil des Siliciumkörpers und als passivierende Schicht auf der Oberfläche 2, an der der pn-übergang
7 endet, vorhanden.
pn-Übergangsdioden mit einer Durchbruchspannung von 15 V sind auf diese Weise hergestellt worden.
ίο Bei der Herstellung einer Schottky-Grenzschichtdiode
wird auf einer Siiiciumoberfläche eine Siliciumdioxydschicht mit einer Dicke von etwa 0,5 μπι gebildet.
Die Siliciumdioxydschicht weist eine öffnung auf, durch
die ein Teil der Siliziumdioxydoberfläche vom p-Leitfähigkeitstyp freigelegt wird Eine Elektrode in Form
einer Goldschicht mit einer Dicke von etwa 0,05 μπι wird durch selektives Niederschlagen von Gold auf dem
freigelegten Teil der Siliciumoberfläche urd auf
angrenzenden Teilen der Siliciumdioxydschicht gebildet.
Die Goldschicht-Elektrode bildet mit dem freigelegten n-Ieitenden Oberflächenteil des Siliciumkörpers
einen Schottky-Ubcrgang.
Ein verunreinigender Film aus z. B. absorbierten
Atomen oder Molekülen und Oberflächenreaktionsprodukten ist aber oft auf der Siliciumoberfläche vorhanden
und verhindert die Bildung eines innigen Kontakts zwischen der Goldschicht-Elektrode und der Siliciumoberfläche.
Fig.4 zeigt eine weitere Stufe der Herstellung der
Schottky-Grenzschichtdiode, bei der, wie mit Pfeilen angedeutet ist. Ionen auf die Siliciumoberfläche 12
gerichtet werden und dann die Goldschicht-Elektrode 15 bombardieren. Ein schwereres Ion eines inerten
Gases, z. B. Xenon, wird benutzt, das aus einer Xenon-Gasentladung erhalten wird. Die bombardierenden
Xenonionen bewirken durch Energieübertragung, daß Goldatome durch den verunreinigenden Film hin in
den Teil 14 der Siliciumoberfläche 12, der nicht mit der Siliciumdioxydschicht 13 überzogen ist, eindringen. Die
Energie der bombardierenden Xenonionen ist derart, daß die Goldatome, die in die Siliciumoberfläche 12
eindringen, an der Oberfläche einen innigen gleichrichtenden Kontakt zwischen der Goldschicht-Elektrode 15
und dem η-leitenden Siliciumkörper bilden und nicht tief zur Bildung eines Gebietes in den Körper eindringen.
Die Zusammensetzung und die Dicke der Goldschicht-Elektrode 15 sind derart gewählt, daß die die
Goldschicht bombardierenden Xenonionen absorbiert werden und nicht in die Siliciumoberfläche 12
eindringen. Die Ionen, die Teile der f/Jiciumdioxydschicht
13 bombardieren, die nicht mit der Goldschicht-Elektrode 15 überzogen sind, werden in der Siliciumdioxydschicht
13 absorbiert. Eine Ausglühbehandlung bei hoher Temperatur ist nicht erforderlich.
Bei der Herstellung eines gesonderten Feldeffekttransistors mit isolierter Gateelektrode, von der Stufen
in den F i g. 5 bis 8 gezeigt sind, wird eine Siliciumdioxydschicht
mit einer Dicke von etwa 1 μπι auf einer η-leitenden Siliciumoberfläche 22 angewachsen. Durch
photolithographische Ätztechniken wird eine öffnung mit einer Breite von 40 μιτι in der Siliciumdioxydschicht
angebracht, durch die ein Teil der Siliciumoberfläche 22 freigelegt wird. Auf diese Weise wird eine verhältnismäßig
dicke Siliciumdioxydmaskierungsschicht 23 auf der Siliciumoberfläche 22 gebildet.
Eine Siliciumdioxydschicht 24 mit einer Dicke von
Eine Siliciumdioxydschicht 24 mit einer Dicke von
weniger als 1000 A wird auf dem freigelegten Teil der
Siliciumoberfläche 22 dadurch angewachsen, daß der Körper 21 bei 1000° C in einem Strom feuchten
Sauerstoffes erhitzt wird; siehe Fig.5. Die Dicke der
verhältnismäßig dicken Siliciumdioxydmaskierungsschicht
23 wird während dieser Stufe vergrößert.
Durch photolithographische Ätztechniken werden dann öffnungen mit einer Breite von etwa 5 μπι in der
Siliciumdioxydschicht 24 angebracht, durch die Teile 25 und 26 der Siliciumoberfläche 22 freigelegt werden, und
zwar an denjenigen Stellen, wo Source- und DraineleK-troden
die Source- und Draingebiete des Transistors kontaktieren werden. Auf diese Weise wird eine
verhältnismäßig dünne Siliciumdioxydschicht 24 gebildet Nickel wird selektiv auf der verhältnismäßig dünnen
Siliciumdioxydschicht 24 zwischen den öffnungen für die Source- und Drainelektroden zur Bildung einer
verhältnismäßig dicken metallenen Gateelektrode 27 des Feldeffekttransistors niedergeschlagen. Die metallene
Gateelektrodc 27 weist eine Breite von 5 μΐη auf, und
diese Breite bestimmt, wie aus Nachstehendem hervorgeht, die Länge des stromführenden Kanals des
Transistors. Die erhaltene Struktur ist in Fig.6 dargestellt.
Aluminium wird auf den Siliciumdioxydschichten 23 und 24, auf der Nickel-Gate-Elektrode 27 und auf den
freigelegten Teilen 25 und 26 der Siliciumoberfläche 22 zur Bildung einer Aluminiumschicht 28 mit einer Dicke
von 0,06 μπι niedergeschlagen. Die Außengrenze der
Aluminiumschicht 28 wird auf der verhältnismäßig dicken Siliciumd'nxydmaskierungsschicht 23 durch
photolithographische Ätztechniken definiert
Wie mit Pfeilen in Fig. 7 angedeutet ist, werden Ionen auf die Siliciumoberfläche 22 gerichtet und
bombardieren dann die Aluminiui.-schicht 28. Ein Bündel von 160-keV-Kryptonionen kann benutzt
werden. Bombardierenden Ionen übertragen kinetische Energie auf Aluminiumatome, die also in die Siliciumdioxydschichten
23 und 24, in die Nickel-Gate-Elektrode 27 und in die Teile 25 und 26 der Siliciumoberfläche 22
eindringen. Aluminiumatome, die sowohl in die verhältnismäßig dicke Nickel-Gate-Elektrode 27 als auch in die
Siliciumdioxydschicht 23 eindringen, werden darin absorbiert und dringen nicht in die Siliciumoberfläche 22
ein. Aluminiumatome, die in die verhältnismäßig dünne Siliciumdioxydschicht 24 eindringen, dringen durch
diese Schicht 24 in die Siliciumoberfläche 22 ein. Demzufolge werden Aluminiumatome selektiv in die
Siliciumoberfläche 22 implantiert, wie in F i g. 7 mit gestrichelten Linien angegeben ist. Während des
Ionenbeschusses wird der Körper 21 auf 4500C zum Durchführen einer Ausglühbehandlung bei mäßiger
Temperatur erhitzt.
Die Aluminiumatome, die selektiv in die n-lcitende
Siliciumoberfläche 22 implantiert sind, bilden p-Ieitende Source- und Drainzonen 29 und 30, die an die
Oberfläche 22 grenzen, während der durch die Nickel-Gate-Elektrode 27 maskierte Teil der Oberfläche
22 das stromführende Kanalgebiet 31 des Feldeffekttransistors bildet. Demzufolge werden benachbarte
Enden der Source- und Drainzonen 29 und 30 und die zwischenliegenden Stellen des Kanalgebietes 31
automatisch mit einer sehr geringen gegenseitigen Überlappung fluchtrecht zu der Nickel-Gate-Elektfode
27 angeordnet, so daß die Breite der Gateelektrode 27 die Länge des Kanalgebietes 31 zwischen den Sourceünd
Drainzonen 29 und 30 bestimmt Die von dem Kanälgebiet 31 abgekehrte Außenoberfläche sowohl
der Source- als auch der Drainzone wird durch den maskierenden Effekt der verhältnismäßig dicken Siliciumdioxydmaskierungsschicht
23 bestimmt
Bei der Wahl der Dicke der Nickel-Gate-Elektrode 27 wird der ungünstige Effekt auf die Eigenschaften des
unmittelbar unterhalb der Gateelektrode 27 liegenden Teiles der Siliciumdioxydschicht 24 in der hergestellten
Anordnung berücksichtigt; ein derartiger ungünstiger Effekt kann durch Rückstoß-Implantation von Aluminiumatomen
in diesen Teil herbeigeführt werden. Die Nickel-Gate-Elektrode 27 weist also eine Dicke auf, die
genügend groß ist, um diesen ungünstigen Effekt auf einen zulässigen Pegel herabzusetzen.
Die Dicke der Siliciumdioxydschicht 24 ist derart gewählt, daß durch Rückstoß implantierte Aluminiumatome
in diese Schicht eindringen können, damit eine akzeptable Konzentration in den Source- und Drainzonen
29 und 30 erhalten werden kann, während außerdem in Kombination mit der Aluminiumschieht 28
wenigstens der größte Teil der bombardierenden Kryptonionen absorbiert wird.
Durch die öffnungen in der verhältnismäßig dünnen Siliciumdioxydschicht 24 bildet die Aluminiumschieht 28
einen Kontakt mit den Source- und Drainzonen 29 und 30 auf Teilen 25 und 26 der Siliciumoberfläche 22.
Dadurch, daß die durch Rückstoß implantierten Aluminiumatome in di-jse Teile 25 und 26 eindringen,
wird ein inniger Kontakt zwischen der Aluminiumschieht 28 und den Oberflächenteilen 25 und 26 der
Source- und Draingebiete 29 und 30 hergestellt Einige der bombardierenden Ionen dringen in die Aluminiumschieht
28 ein und werden also in den Oberflächenteilcn
25 und 26 des Siliciumkörpers, die nicht mit den Siliciumdioxydschichten 23 und 24 überzogen sind,
absorbiert. Wenn ein Bündel bombardierender Kryptonionen benutzt wird, beeinflussen diese Ionen die
Eigenschaften der Anordnung nicht in störendem Maße, vorausgesetzt, daß die absorbierten Kryptonkonzentrationen
in diesen Oberflächenteilen 25 und 26 nicht zu
■to hoch sind. Diese Ionen haben die Neigung, aus dem
Silicium herauszudiffundieren.
Wenigstens ein mittlerer Teil der Aluminiumschieht 28 wird durch photolithographische Ätztechniken
entfernt, so daß die verbleibenden Teile 32 und 33 der Aluminiumschieht 28 gegeneinander isolierte Source-
und Drainelektrodenverbindungen des Feldeffekttransistors bilden.
In diesem Beispiel wird die Scheibe anschließend zur Bildung der einzelnen Halbleiterkörper mit der in
F i g. 8 gezeigten Struktur und mit Zuflußleitern 5, G und D unterteilt, welche Leiter mit der Source, der
Gateelektrode und dem Drain verbunden sind.
Bei einer Abwandlung dieses Beispiels ist die Anordnung eine integrierte Schaltung mit einem
Halbleiterkörper mit Gebieten verschiedener Feldeffekttransistoren mit isolierter Gateelektrode, die auf die
in diesem Beispiel beschriebene Weise hergestellt sind. Nach dem lonenbeschuß werden Teile der Aluminiumschieht
28 entfernt, während verbleibende Teile der Aluminiumschieht 28 und die Nickel-Gate-Elektrode 7.7
Elektrodenverbindungen mit und Verbindungen zwischen einzelnen Feldeffekttransistoren bilden. Die
integrierte Schaltung wird also dadurch gebildet, daß eine isolierende und passivierende Schicht 23 und 24 auf
einer Halbleiteroberfläche angebracht und eine Metallschicht 27 und 28 für ein Kontaktierungs- und
Verbindungsmuster auf der isolierenden und passivierenden Schicht und auf freigelegten Teilen der
Halbleiteroberfläche angebracht wird, wonach auf der Halbleiteroberfläche Halbleitergebiete der integrierten
Schaltung durch Einführung von Dotierungsatomen in den Halbleiterkörper aus der Metallschicht angebracht
werden. Die Metallschicht ist eine mehrfache Schicht, und verdickte Teile 27 und 23 der Metallschicht und der
Isolierschicht dienen zur Maskierung von Oberflächenteilen des Halbleiterkörpers gegen Implantation.
Sowohl in diesem Beispiel als auch in der Abwandlung
dieser Beispiele wird beim Anbringen der Aluminiumschicht 28 während des Ionenbeschusses auf der
isolierenden Schicht 23, 24 eine ununterbrochene leitende Schicht gebildet, die die Nickel-Gate-Elektrode
27 und die Oberflächenteilfi 25 und 26 des Siliciumkörpers
an ein gemeinsames Potential anlegt Dies kann vorteilhaft sein bei der Herabsetzung hoher örtlicher
Ladungskonzentrationen, die durch einen Ionenbeschuß auftreten können und Durchschlag der Isolierschicht
und unerwünschte Oberflächeneffekte herbeiführen können. Die ununterbrochene leitende Schicht sorgt
dafür, daß die angrenzenden Oberflächimteile auf einem
praktisch gleichen Potential gehalten werden, während diese Schicht vorteilhaft an eine geeignete Spannungsquelle
dadurch angeschlossen werden kann, daß z. B. die Schicht mit der Masse des Ionenbeschleunigers
verbunden wird.
Bei der Herstellung eines gesonderten bipolaren npn-Transistors, von der Stufen in den Fig.9—12
gezeigt sind, wird von einem η-leitenden Siliciumkörper 61 ausgegangen, der einen Teil einer n-leitenden
Siliciumscheibe mit einer epitaktischen Schicht auf einem gut leitenden Substrat vom η1 -Leitfähigkeitstyp
bildet. J5
Antimon wird auf wenigstens einem Teil der Oberfläche 62 des Siliciumkörpers 61 zur Bildung einer
0,03 μπι dicken Antimonschicht 63 niedergeschlagen.
Die Siliciumoberfläche 62 ist eine Oberfläche der η-leitenden ppitaktischen Schicht Der Rand der
Antimonschicht 63 wird durch photolithographische Ätztechniken derart definiert, daß die Antimonschicht
63 eine Breite von etwa 5 μπι aufweist und nur einen Teil
der Siliciumoberfläche 62 bedeckt
Aluminium wird auf der Antimonschicht 63 und auf den angrenzenden freigelegten Teilen der Siliciumoberfläche
62 zur Bildung einer verhältnismäßig dünnen Aluminiumschicht 64 mit einer Dicke von etwa 0,05 μιτι
niedergeschlagen. Antimon ist ein Donatordotierungselement in Silicium, während, wie oben bereits erwähnt
wurde. Aluminium ein Akzeptordotierungselement ist.
Wie mit "feilen in Fig 9 angedeutet ist, werden
Ionen auf die Siliciumoberfläche 62 gerichtet und bombardieren dann die Aluminiumschicht 64 und die
Antimonschicht 63 und bewirken durch Energieübertragung, daß Antimonatome und Aluminiumatome in die
Siliciumoberfläche 62 eindringen.
Die bombardierenden Ionen sind Kryptonionen und sind aus einer Krypton-Gasentladung erhalten. Während
des Ionenbeschusses wird der Siliciumkörper 61 auf einer Temperatur von etwa 4509 C gehalten,
Aiuminiumatome dringen in die Äntimonschicht 63
und in die Siliciumoberfläche 62 ein zur Bildung eines p-leitenden Gebietes, das zu dem Basisgebiet 65 des
bipolaren npn-Transistors gehört Da Antimonatome schwerer als Aluminidmatome sind, dringen sie in die
Siliciumoberfläche 62 bis ?u einem flacheren Pegel ein Und bilden ein n-Ieitertdes( an die Oberfläche grenzendes
Gebiet, das zu dem Emittergebiet 66 des Transistors gehört Der Emitter-Basis-pn-Übergang 67 endet an der
Siliciumoberfläche 62.
Während des Ionenbeschusses und der sich daraus ergebenden Atomimplantation werden innige Kontakte
zwischen der Aluminiumschicht 64 und der Antimonschicht 63, zwischen der Antimonschicht 63 und der
Siliciumoberfläche 62, und zwischen der Aluminiumschicht 64 und der Siliciumoberfläche 62 gebildet. Teile
sowohl der Aluminiumschicht 64 als auch der Antimonschicht 63 können also zur Bildung von Basis- und
Emitter-Elektroden des Transistors beibehalten werden. Eine Ausnahme ergibt sich, wenn der Transistor für
Betrieb bei hoher Frequenz eingerichtet ist in welchem Falle es ratsam sein kann, Antimon aus der Emitter-Elektrode
zu entfernen. In diesem Beispiel werden jedoch durch photolithographische Ätztechniken Teile
der Aluminiumschient 64 und nur Teile der Antimonschicht 63 entfernt, so daß verbleibende Teile 68 und 69
gegeneinander isolierte Emitter- bzw. Basis-Elektroden bilden (siehe Fig. 10). Der gut leitend. Substratteil vom
n-Leitfähigkeitstyp des Siüciumkorpers 5i bildet die
Kollektor-Elektrode des Transistors.
Bevor die Scheibe zur Bildung der einzelnen Körper unterteilt wird, ist es wünschenswert, eine isolierende
und pasiivierende Schicht auf freigelegten Teilen der
Siliciumoberfläche 62, insbesondere auf dem Oberflächenteil, an dem der Emitter-Basis-pn-Übergang 67
endet anzubringen. Diese Schicht wird durch eine Silanbearbeitung unter Verwendung von Tetraepoxysilan
(Teos) angebracht Auf dem Körper wird bei etwa 450°C eine Siliciumdioxydschicht 70 auf den freigelegten
Teilen der Siliciumoberfläche 62 und auf den Metallschichtteilen 63 und 69 niedergeschlagen, die die
Emitter-bzw. die Basis-Elektrode bilden; siehe Fig. 1!.
Die Metallschichtteile 68 und 69, die die Emitter- bzw. die Basis-Elektrode bilden, werden wieder dadurch
freigelegt daß das Muster der Siliciumdioxydschicht 70 unter Verwendung photolithographischer Äiztechniken
definiert wird, wonach die Siliciumscheibe zur Bildung einzelner Körper mit der in Fig. 12 gezeigten Struktur
unterteilt wird.
Bei der Herstellung einer durch Luft isolierten integrierten Schaltung, von der eine Stufe in Fig. 13
gezeigt ist, wird von einem Siliciumkörper 71 ausgegangen, der einen Teil einer Siliciumscheibe mit einer
η-leitenden epitaktischen Schicht und einem p-leitenden Substrat bildet Nur derjenige Teil des Körpers 71, der
Gebiete eines bipolaren Transistors, einer Übergangsdiode und eines Widerstandes der integrierten Schal
tung enthalten wird, ist in der Zeichnung dargestellt Restlk.,ie, nicht dargestellte Teile des Körpers 7t
werden Gebiete der übrigen Schaltungselemente der vollständigen integrierten Schaltung enthalten.
Antimon wird auf der ganzen Oberfläche 72 des Siliciumkörpers 71 zur Bildung einer 0,03 μπι dicken
Antimonschicht 7J niedergeschlagen. Die Siliciumoberfläche 72 ist eine Oberfläche der η-leitenden epitaktischen
Schicht. Aluminium wird auf der ganzen Antimonschicht 73 zur Bildung eiller 0,05 μτη dicken
Aluminiumschicht 74 niedergeschlagen.
Wie mit Pfeilen in Fig, 13 angedeutet ist, werden
Ionen auf die Silic'umoberflache 72 gerichtet und bombardieren dann die Aluminiumschicht 74 und die
Antimonschicht 73 Und bewirken durch Energieübertragung, daß Antimon^ und Aluminiumalome in die
Siliciumobcrfläche 72 eindringen. Die bombardierenden
Ionen sind Kryplonionen und werden aus einer Krypton-Gasentladung als ein lonenbündel mit modulierter
Energie erhalten. Zu gleicher Zeit wird eine Ausglühbehandlung bei 45O0C durchgeführt. Die Energie
des Bündels variiert von einem niedrigen Pegel E\ über einen zwischenlicgenden Pegel Ei zu einem
höheren Pegel £3. Kryptonionen mit einer hohen dem Pegel Ez entsprechenden Energie weisen eine genügende
Energie auf, um durch die Aluminiumschicht 74 in die Ajitimonschicht 73 einzudringen und zu bewirken, daß
sowohl Aluminiumatome aus der Schicht 74 als auch Anlimonalome aus der Schicht 73 in die Siliciumoberfläche
72 eindringen. Bombardierende Kryptonionen mit einer dem Zwischenpegel £j entsprechenden Energie
haben eine genügende Energie, um zu bewirken, daß Aluminiumatome aus der Schicht 74 in die Siliciumoberfläche
72 eindringen, aber ihre Energie ist ungenügend, um durch die Aluminiumschicht 74 hindurchzudringen
und zu bewirken, daß Aniimonaiome in die ö'uenläc-iic
72 eindringen, während Aluminiumatome, die durch die Antimonschicht 73 hindurchdringen, nur bewirken, daß
eine geringe Anzahl von Antimonatomen in die Siliciumoberfläche 72 eindringt. Kryptonionen mit einer
niedrigen dem Pegel Ei entsprechenden Energie haben eine ungenügende Energie, um zu bewirken, daß
entweder Aluminium- oder Antimonatome in die Siliciumoberfläche 72 eindringen, während in gewissen
Fällen der niedrige Energiepegel Ei praktisch gleich null
sein kann, wobei praktisch keine Kryptonionen die die Schichten 73 und 74 bombardieren.
Die Schichten 73 und 74 werden von dem modulierten Energiebündel auf die in Fig. 13 dargestellte Weise
abgetastet. Die Energie E der bombardierenden Ionen ist als Funktion der Lage χ über dem Querschnitt des
Siliciumkörpers, auf den besondere Ionen gerichtet werden, dargestellt. Wie gezeigt ist, ist die Energiemodulation
des lonenbündels derartig, daß Aluminium- und Antimonatome selktiv zur Bildung von Gebieten mit der
gewünschten in Fig. 13 mit gestrichelten Linien angegebenen Konfiguration in die Halbleiteroberfläche
implantiert werden. Demzufolge erscheint der Informationsinhalt des modulierten Energiebündels als ein
Implantationsmuster im Siliciumkörper 71.
Implantierte Aluminiumatome bilden in der n-leitenden
epitaktischen Schicht p-leitende Gebiete, die das Basisgebiet 75 des bipolaren Transistors T, das Gebiet
76 einer Übergangsdiode D und ein Isolierungsgebiet 77 eines Widerstandes R bilden. Implantierte Antimonatome
bilden ein η-leitendes Emittergebiet 78 im Basisgebiet 75 des Transistors T und ein n-Ieitendes
Widerstandsgebiet 79 im Isolierungsgebiet 77.
Auf ähnliche Weise wie im Beispiel 4 werden Teile der Aluminium- und Antimonschichten 74 und 73
entfernt wobei die verbleibenden Teile Elektrodenverbindungen mit den unterschiedlichen Schaltungselementen
herstellen; eine aus Siliciumdioxyd bestehende isolierende und passivierende Schicht wird nötigenfalls
auf freigelegten Teilen der Siliciumoberfläche 72 angebracht, während durch Niederschlagen einer
weiteren Metallschicht Verbindungen zwischen den unterschiedlichen Schaltungselementen hergestellt werden.
Verschiedene Schaltungselemente oder Gruppen von Schaltungselementen können dadurch isoliert
werden, daß Nuten zwischen ihnen über die ganze Dicke der η-leitenden epitaktischen Schicht von der
Siliciumoberfläche 72 bis zu dem p-leitenden Substrat 71
geätzt werden.
Eine Stufe in der Herstellung eines einzelnen Halbleiterbauteils mit Metallschichtverbindungen auf
zwei Pegeln wird nunmehr an Hand der Fig. 14 beschrieben.
Das Halbleilerbauteil weist einen Halbleiterkörper 80
auf, in dem sich Halbleitergebiete der unterschiedlichen Schaltungselemente befinden, die der Deutlichkeil
halber nicht dargestellt sind. Auf einer Hauptoberfläche 81 des Körpers 80 ist eine Isolierschicht 82 angebracht.
Die Isolierschicht 82 kann aus thermisch angewachsenem Siliciumdioxyd bestehen, wenn der Halbleiterkörper
80 aus Silicium besteht. Ein System von Aluminium-Schichtverbindungen 83 liegt auf der Isolierschicht 82
und bildet einen elektrischen Kontakt mit Gebieten des Halbleiterkörpers 80 über Öffnungen in der Isolierschicht
82.
Eine weitere Isolierschicht 84, die aus niedergeschla
gcucm SniCiüiTidiöxyd bestehen ksnn, "wird auf tier
Isolierschicht 82 und auf dem System von Aluminiumschichtverbindungen 83 angebracht. Ein auf einem
zweiten Pegel liegendes System von Aluminiumschichtverbindungen 85 wird auf der weiteren Isolierschicht 84
angebracht und bildet einen elektrischen Kontakt mit Teilen der Verbindungen auf niedrigerem Pegel durch
Öffnungen in der Isolierschicht 84; die Dicke des auf einem zweiten Pegel liegenden Systems von AluminiumschiCttverbindung
85 ist etwa 0,15 μπι. Durch das Vorhandensein eines dünnen Filmes aus Aluminiumoxyd
oder aus einer anderen Verunreinigung auf der Oberfläche der Aluminiumschichtverbindungen 83 auf
niedrigerem Pegel an ihrer Grenzfläche 86 mit den auf dem zweiten Pegel liegenden Aluminiumschichtverbindüngen
wird aber ein unzweckmäßiger Widerstandskontakt zwischen den beiden Pegeln von Verbindungen
83 und 85 bebildet.
Fig. 14 zeigt eine weitere Stufe in der Herstellung der elektrischen Anordnung, bei der, wie mit Pfeilen
angedeutet ist. Ionen auf die Oberfläche 81 gerichtet werden und die Aluminiumschichtverbindungen 85 auf
dem zweiten Pegel bombardieren. Ein lonenbündel von 120 kEv-Argonionen wird benutzt, das aus einer
Argon-Gasentladung erhalten wird. Die bombardierenden Argongasionen bewirken durch Energieübertragung,
daß Aluminiumatome durch den verunreinigenden Film an der Grenzfläche 86 in einen Oberflächenteil
der Aluminiumschichtverbindungen 83 auf niedrigerem Pegel eindringen, der mit dieser Grenzfläche in
Verbindung steht. Diese durch Rückstoß implantierten Aluminiumatome ermöglichen die Bildung eines ohmschen
Kontakts mit niedrigem Widerstand zwischen den beiden auf verschiedenen Pegeln liegenden Systemen
von Verbindungen 83 und 85.
Während des Ionenbeschusses wird der Körper auf einer Temperatur von etwa 4500C gehalten. Die
Argonionendosis ist etwa 1016 Ionen/cm2 und die die
Schicht 85 bombardierenden Ionen werden darin absorbiert
Wie bei der Abwandlung des Beispiels 3 erwähnt wurde, kann in gewissen Fällen eine integrierte
Schaltung dadurch gebildet werden, daß eine isolierende und passivierende Schicht auf einer Halbleiteroberfläche
angebracht, und eine leitende Schicht für ein Kontakt- und Verbindungsmuster auf der isolierenden
und passivierenden Schicht und auf freigelegten Teilen der Oberfläche des Halbleiterkörpers angebracht wird,
wonach auf der Halbleiteroberfläche Halbleitergebiete
der integrierten Schaltung durch Einführung von Dotierungselementen aus der leitenden Schicht in den
Halbleiterkörper angebracht v/erden. Die leitende Schicht kann eine mehrfache Schicht verschiedener
Elemente sein, und verdickte Teile der leitenden Schicht und/oder der Isolierschicht können zur Markierung von
Öberflächenteilen des Halbleiterkörpers gegen Implantation
dienen.
Die Anbringung einer ununterbrochenen leitenden Schicht auf den Isolierschichten und auf der Oberfläche
des Körpers ist günstig bei der Herabsetzung hoher örtlicher Ladungskonzentrationen, die infolge eines
ionenbeschusses auftreten können und Durchschlag der Isolierschicht und unerwünschte Oberflächeneffekte
herbeiführen können, Die ununterbrochene leitende Schicht sorgt dafür, daß die angrenzenden Oberflächenteile
auf einem praktisch gemeinsamen Potential gehalten werden und kann vorteilhaft an eine geeignete
Spannungsquelle z. B. dadurch angeschlossen werden^
daß die Schicht mit einem Massenpunkt auf dem Ionenbeschleuniger Verbunden wird.
Obgleich bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Teil der das erwähnte Element enthaltenden
Metallschicht einem einzigen Ionenbeschuß mit einer einzigen inerten Ionenart unterworfen wird, können
Teile einer derartigen Metallschicht verschiedenen Beschüssen mit verschiedenen inerten Ionenarten,
gegebenenfalls mit verschiedener Energie, unterworfen werden. Ferner kann die Energie der einen Teil der
Metallschicht bombardierenden inerten Ionen während der Bcschußpcriodcn zum Anbringen eines gewünschten
impiantierungskonzentratlonsprofils in dem unterhalb
des Teiles der Metallschicht liegenden Teil des ·
Substrats geändert werden. Bei den Ausführungsbeispielen können auch andere übliche Techniken und/oder
Materialien, z. B. andere halbleiterisolierende und/oder
passivierende und leitende Materialien, Dotierungselemente und Ionenarten, Anwendung finden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
•09 683/121
Claims (30)
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, bei dem eine Metallschicht auf einem
Substrat und wenigstens teilweise in Kontakt mit einer Oberflächenzone dieses Substrats angebracht
wird, wonach die Metallschicht mit Ionen bombardiert wird und wenigstens ein Teil der Metallschicht
in der hergestellten Anordnung als Elektrodenverbindung, die mit wenigstens einem Teil der
kontaktierten Oberflächenzone einen Kontakt bildet, beibehalten wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die bombardierenden Ionen Ionen eines inerten Gases sind und daß die Masse und die
kinetische Energie der bombardierenden inerten Gasionen und die Dicke der Metallschicht so
gewählt werden, daß aufgrund einer Energieübertragung durch Kollision Atome eines Elements aus der
Metallschicht (5, 15, 28, 63, 64, 73, 85) in die kontaktierte Oberflächenzone des Substrats (1, 21,
Cl, 71,83) implantiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat eine zuvor angebrachte
weitere Metallschicht (83) verwendet wird, die sich auf einem Träger befindet, so daß die Atome der
Metallschicht (85) zur Bildung eines ohmschen Kontakts zwischen den beiden Metallschichten in
die unter ihr liegende Oberflächenzone der weiteren Metallschicht (83) eindringen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß als Material für die Metallschichten (83,85) Aluminium verwendet w.i-d.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als . iertes Gas Argon
verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas
Krypton verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Ionen verwendet
werden, deren Energie im Bereich von 10-100 keV liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Halbleiterkörper
verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mit einer Dicke von
höchstens 0,1 μπι angebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht mit einer
Dicke von mindestens 0,05 μΐη angebracht wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Halbleiteranordnung eine Schottky-Diode
ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallschicht eiije Metallschicht-Elektrode verwendet wird, die
einen Schottky-Übergang mit der Oberfläche des aus einem Halbleiterkörper bestehenden Substrats
bildet, so daß die Atome der Metallschicht-EIektrode,
die in die kontaktierte Oberflächenzone des Halbleiterkörpers eindringen, an der Oberfläche
einen innigen gleichrichtenden Kontakt zwischen der MetallschichUEIekirode und dem Halbleiterkörper
bilden.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine
ein Dotierungselement vom einen Leitfähigkeitstyp enthaltende Metallschicht Verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß als Halbleiterkörper ein Halbleiterkörper vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp als
dem der implantierten Atome verwendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Halbleiteranordnung eine Anordnung zum Detektieren
und/oder Messen von Strahlung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht auf der
ganzen einen Hauptoberfläche des aus einem Halbleiterkörper vom anderen Leitfähigkeitstyp
bestehenden Substrats angebracht und mit Ionen bombardiert wird, um zu bewirken, daß Atome des
Dotierungselements in die ganze eine Hauptoberfläche des Haibleiterkörjiers vom anderen Leitfähigkeitstyp
eindringen und im Halbleiterkörper eine flache Oberflächenzone vom einen Leitfähigkeitstyp
bilden, die mit dem angrenzenden Teil des Halbleiterkörpers vom anderen Leitfähigkeitstyp
einen strahlungsempfindlichen pn-Obergang bildet
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Maskierungsschicht selektiv auf der Oberfläche des aus einem
Halbleiter bestehenden Substrats angebracht wird, und daß die Metallschicht auf der Maskierungsschicht und auf wenigstens einem unmaskierten Teil
der Halbleiteroberfläche angebracht wird, wobei die Zusammensetzung und die Dicke der Maskierungsschicht derart gewählt sind, daß, wenn die bombardierenden
inerten Gasionen auf die ganze erwähnte Halbleiteroberfläche gerichtet werden, Atome aus
der Metallschicht, die in die Maskierungsschicht eindringen, nicht in die Oberfläche des Halbleiterkörpers
eindringen, so daß die Implantation selektiv erfolgt
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht aus
Siliciumdioxid besteht, und daß wenigstens ein Teil der Schicht in der hergestellten Anordnung als eine
isolierende und/oder passivierencie Schicht auf der Halbleiteroberfläche beibehalten wii d.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Atome des Dotierungselements,
die selektiv in die Halbleiteroberfläche implantiert werden, ein an die Oberfläche grenzendes
Gebiet vom einen Leitfähigkeitstyp bilden, das mit dem angrenzenden Teil des Halbleiterkörpers
vom anderen Leitfähigkeitstyp einen pn-übergang bildet, der an der erwähnten Halbleiteroberfläche
unterhalb der Silkiumdioxidmaskierungsschicht endet.
17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierungsschicht aus
Metall besteht, und daß wenigstens ein Teil des Musters in der hergestellten Anordnung als Elektrodenteil
der Anordnung beibehalten wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die
Halbleiteranordnung einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß die metallene Maskierungsschicht eine metallene Gateelektrode (27) enthält, die auf einer
verhältnismäßig dünnen Isolierschicht (24) auf der Halbleiteroberfläche angebracht wird, und daß die
Atome des Dotierungselements vom einen Leitfähigkeitstyp, die aus der Metallschicht (28) selektiv in
die Halbleiteroberfläche (22) implantiert werden, Source- und Drainzonen (29, 30) vom einen
Leitfähigkeitstyp bilden, die an die Oberfläche grenzen, wobei der Teil der Halbleiteroberfläche,
der durch die metallene Gateelektrode (27) gegen Implantation maskiert ist, das Kanalgebiet des
Feldeffekttransistors bildet.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere verhältnismäßig
dicke Maskierungsschicht (23) selektiv auf der Halbleiteroberfläche angebracht wird, bevor auf
dieser Oberfläche die das Dotierungselement enthaltende Metallschicht (28) angebracht wird, und daß
während des lonenbeschusses die weitere Maskierungsschicht (23) gegen Implantation des Dotierungselements
maskiert und auf diese Weise die vom Kanalgebiet abgekehrten Außenränder der Source-
und Drainzonen difinierL
20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der ein Dotierungselement
des einen Leitfähigkeitstyps enthaltenden ersten Metallschicht (54; 74) eine zweite ein
Dolierungselement vom anderen Leitfähigkeitstyp enthaltende Metallschicht (63; 73) auf der Oberfläche
des aus einem Halbleiter bestehenden Substrats angebracht wird, und daß die beiden Metaüschichten
(63, 64; 73, 74) gleichzeitig mit inerten Casionen bombardiert werden, die durch Energieübertragung
bewirken, daß Atome der beiden Dotierungselemente in die Halbleiteroberfläche eindringen.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die das Dotierungselement
vom einen Leitfähigkeitstyp enthaltende erste Metallschicht (64; 74) auf der zweiten Metallschicht
(63; 73) vom anderen Leitfähigkeitstyp angebracht wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem die Halbleiteranordnung einen bipolaren Transistor
enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, das Dotierungselement vom anderen Leitfähigkeitstyp
enthaltende Metallschicht (63) selektiv auf der Halbleiteroberfläche (62) angebracht wird, daß die
das Dotierungselement vom einen Leitfähigkeitstyp enthaltende erste Metallschicht (64) auf der zweiten
Metallschicht (63) und auf einem freigelegten Teil der Halbleiteroberfläche (62) angebracht wird; und
daß während des Beschüsses mit den inerten Gasionen Atome des Dotierungselements vom
einen Leitfähigkeitstyp in die Halbleiteroberfläche eindringen und ein Gebiet dieses einen Leitfähigkeitstyps
bilden, das zu der Basiszone des Transistort gehört, während Atome des Dotierungselements
vom anderen Le;tfähigkeitstyp in die Halbleiteroberfläche
weniger tief eindringen und das Gebiet vom anderen Luitfähigkeitstyp bilden, das zu
der Emitterzone (66) des Transistors gehört, wobei der Emiiter-Basis-pn-Übergang (67) an der Halbleiteroberfläche
(62) endet
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Halbleiteranordnung eine integrierte Schaltung mit
einem bipolaren Transistor und mindestens einem weiteren Schaltungselement ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Atome der beiden Dotierungselemente zur gleichzeitigen Bildung von Halbleiterzonen
des bipolaren Transistors und des weiteren Schaltungselements selektiv in die Halbleiteroberfläche
implantiert werden.
24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden aufeinanderliegenden
Metallschichten (73, 74) auf der ganzen Halbleiteroberfläche (72) angebracht und von einem
Bündel inerter Gasioben mit modulierter Energie
abgetastet werden, wobei die Energiemodulation derartig ist, daß die Atome der beiden Dotierungselemente zur Bildung von Halbleiterzonen mit der
gewünschten Konfiguration der Halbleiteranordnung selektiv in die Halbleiteroberfläche implantiert
werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein
Halbleiterkörper aus Silicium verwendet wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste oder die
zweite Metallschicht Aluminium verwendet wird.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß für die erste oder die zweite Metallschicht Antimon verwendet wird.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein
Halbleiterkörper aus Germanium verwendet wird.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein
Halbleiterkörper verwendet wird der aus einer A'"BV-Verbindung besteht
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiterkörper
verwendet wird, der aus einer A"Bvl-Verbi.->dung
besteht
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