DE2100224B2 - Maskierungs- und Metallisierungsverfahren bei der Herstellung von Halbleiterzonen - Google Patents
Maskierungs- und Metallisierungsverfahren bei der Herstellung von HalbleiterzonenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Maskierungs- und Metallisierungsverfahren
bei der Herstellung von Kalbleiterzonen durch Ionenimplantation, bei dem eine als Kontakt-
und Leitungsmetallisierung dienende Metallschicht als Maske mit geeigneten Maskenfenstern auf die Halbleiteroberfläche
aufgebracht wird und bei dem durch das Maskenfenster die Ionenimplantation durchgeführt
wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der FR 15 77 669 bekannt.
Bei der Anwendung der Planartechnik zur Herstellung von Halbleiteranordnungen werden eine Reihe von
Maskierungs- und Diffusionsschritten durchgeführt. Die Bestrebungen gehen dahin, die Halbleiteranordnungen
so klein wie möglich zu machen. Schwierigkeiten entstehen dabei insbesondere dadurch, daß beispielsweise
zwischen den Metallisierungsschichten von Emitter- und Basiszone oder von Kollektor- und
Basiszone eines Transistors bestimmte Minimalabstände einzuhalten sind. Schwierigkeiten bereitet hierbei
insbesondere die bei den Diffusionsprozessen auftretende Querdiffusion. Es ist deshalb bereits bekanntgeworden,
anstelle der Diffusionsprozesse zur Bildung der Halbleiterzonen die Ionenimplantation anzuwenden, da
dabei keine wesentliche Ausweitung der durch die verwendete Maske bestimmten Bereiche erfolgt. Als
Maske sind Metallmasken bekannt, zu deren Herstellung ganzflächig Metallschichten auf die Halbleiteranordnung
aufgebracht werden, in welchen über den Halbleiterbereichen, in welche Ionen implantiert wer-
45
50
55
60 den sollen, Maskenfenster erzeugt werden. Aus der französischen Patentschrift 15 77 669 ist außerdem
bekannt, solche auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachten Metallmasken gleichzeitig als Kontakt- und
Leitungsmetallisierung zu verwenden. Schwierig wird es dann allerdings, wenn die durch Implantation erzeugten
Bereiche kontaktiert werden sollen und die dafür notwendige Kontaktmetallisierung zu der Metallmaske
keine leitende Verbindung haben darf. Bei den bekannten Verfahren muß in diesen Fällen auf die
Halbleiteranordnung ganzflächig eine Passivierungsschicht niedergeschlagen werden, in welche dann mittels
eines zusätzlichen photolithographischen Verfahrensschrittes ein Kontaktloch zu dem implantierten Bereich
erzeugt werden muß. Dazu wird eine zusätzliche Maske für die Kontaktlöcher benötigt, welche zu den vorher
erzeugten Mustern justiert werden muß. Außerdem muß das Kontaktloch geätzt werden. Die unvermeidlichen
Fehler, welche beim Justieren und Ätzen in Kauf genommen werden müssen, erschweren das Einhalten
von bestimmten Minimalabständen, bzw. machen das Einhalten derselben unmöglich.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei Verwendung einer gleichzeitig
als Kontakt- und Leitungsmetallisierung dienenden Metallmaske für die Ionenimplantation die Kontaktierung
der implantierten Bereiche auf einfache Weise, flächenuparend und unter Einhaltung sehr kleiner
Toleranzen ermöglicht wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
daß eine teilweise Oxydation der Metallschicht mit einer derartigen Steuerung der Dicke der Oxidschicht erfolgt,
daß der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretende Teil der Sperrschicht, die die bei der
Ionenimplantation gebildete Halbleiterzone begrenzt, durch die Oxidschicht überdeckt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird keine Passivierungsschicht ganzflächig niedergeschlagen, vielmehr
entsteht diese durch Oxydation der Metallmaske. Dabei bleibt das Kontaktloch frei, d. h. muß nicht durch
Ätzung erzeugt werden und das Kontaktloch ist außerdem selbstjustiert zu der vorhandenen Metallisierung,
was das Auftreten von Justierfehlern ausschließt Die Oxidschicht muß auch nur so dick gemacht werden,
daß sie zwei neben- bzw. übereinanderliegende Leiterzüge elektrisch voneinander isoliert Die genannten
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen es auf sehr einfache Weise, Kontakt- und
Leitermetallisierungen mit extrem kleinen Abständen herzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Oxydation der Metallschicht durch einen anodischen
Oxydationsprozeß durchgeführt Zwar ist die Bildung von Oxidschichten auf Halbleiteroberflächen durch
einen anodischen Oxydationsprozeß aus der DE-AS 10 97 572 bekannt, dabei wird jedoch Halbleitermaterial
und nicht Leiterzugmaterial anodisch oxydiert und das Verfahren wird in der genannten Auslegeschrift nicht
dazu benutzt, um selbstjustierend eine Kontaktlochumrandung zu erzeugen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Metallschicht aus Aluminium. Zwar ist es aus
der FR-PS 15 77 669 über den Oberbegriff des Anspruchs 1 hinaus bereits bekannt, daß die Metallschicht
aus Aluminium besteht, jedoch wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Aluminium nicht nur
wie in der FR-PS wegen seiner günstigen Eigenschaften
ils Leiterzugmaterial und als Maskenmaterial bei der
Ionenimplantation eingesetzt, sondern auch deshalb, weil es sich bei der Oxydation in ein besonders dichtes
Oxid mit günstigen Isoliereigenschaften umwandelt, wodurch es möglich wird, besonders dünne Isolierschichten
zwischen benachbarten Leiterzügen vorzusehen. Die Verwendung von Aluminiumoxidschichten auf
Halbleiteroberflächen ist zwar aus der DE-AS 10 01 115
bekannt, es wird dort aber nicht durch Oxydation von Aluminium erzeugt, sondern in Form eines feinen '°
Aluminiumoxidpulvers aufgebracht, was, wenn diese Methode bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
angewandt würde, die Herstellung des Kontaktloches auf photolithographischem Wege mit den damit
verbundenen, oben angeführten Nachteilen erforderlich '5
machen würde.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird auf die Oxydschicht eine zweite Metallschicht aufgebracht,
die wiederum ein Leitungsmuster darstellt und im Bereich des Maskenfensters der ersten Metallschicht
den Kontakt zu der dort gebildeten Halbleiterzone bildet
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung liegt der Rand des Maskenfensters auf dem Halbleitermaterial
auf. Durch diese Ausgestaltung wird das Maskielängsverfahren wesentlich vereinfacht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in dei Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Halbleiteranordnung,
Fig.2A u. 2B in vereinfachter Darstellung die Ausdehnung eines metallischen Leitungsmusters durch
Oxydation.und
Fig.3.01 bis 3.17 eine nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung jeweils am Ende bestimmter Verfahrensschritte.
Die Vereinfachte Halbleiteranordnung nach F i g. 1 besteht aus einem p-dotierten Halbleitersubstrat 1, auf
das eine η-dotierte Epitaxieschicht 2 aufgewachsen ist. Diese Epitaxieschicht dient als Kollektor. In die
Epitaxieschicht 2 sind p+-dotierte Isolationszonen 3 eindiffundiert. Außerdem ist eine p-dotierte Halbleiterzone
4 in die Epitaxieschicht 2 eingebracht und dient als Basiszone. Ein metallisches Leitungsmuster 5 aus
Aluminium stellt den Kontakt zur Kollektorzone 2 her. Ein metallisches Leitungsmuster 6 bildet den ohmschen
Kontakt zur Basiszone 4. Die beiden metallischen Leitungsmuster 5 und 6 sind durch eine Aluminiumoxydschicht
7 voneinander isoliert. Die Isolation der Leitungsmuster gegenüber der Epitaxieschicht 2 erfolgt
durch eine durch Kathodenzerstäubung aufgebrachte Oxydschicht 8. Die η-dotierte Emitterzone 10 bildet mit
der Basiszone 4 eine Sperrschicht 9. Die Emitterzone wird durch Ionenimplantation hergestellt, wobei ein
Fenster in dem Leitungsmuster 6 für die Basismetallisierung als Maske dient Die Sperrschicht 9 zwischen
Emitterzone 10 und Basiszone 4 ist durch eine Aluminiumoxydschicht 7 geschützt, die durch anodische
Oxydation der das Leitungsmuster 6 bildenden Aluminiumschicht gebildet wird. Die Oxydschicht 7 deckt die
Sperrschicht 9 ab und verhindert, daß das metallische Leitungsmuster 6 einen Kurzschluß über die Sperrschicht
9 bildet. Außerdem wird die Basisweite auf einen Minimalwert gebracht Die Emittermetallisation 11 6fl
kontaktiert die Emitterzone 10 und ist durch Aluminiumoxydschichten 7 und 12 geschürt Eine weitere
Aluminiumschicht 13 mit einer sie abdeckenden Oxydschicht 14 ist vorgesehen um erforderliche
Zwischenverbindungen zu anderen Metallisierungen herzustellen.
Fig.2A zeigt eine vereinfachte Halbleiteranordnung
mit einem Substrat 20, das mit einem metallischen Leitungsmuster 21 versehen ist. Dieses Leitungsmuster
weist ein Fenster auf, das eine mit dem Substrat 20 eine Sperrschicht 23 bildende Halbleiterzone 22 definiert.
F i g. 2B zeigt dieselbe Halbleiteranordnung nach einer anodischen Oxydation. Bei diesem Oxydationsschritt
wird die Metallisierung 21 im Bereich der zwischen den Halbleiterzonen 20 und 22 gebildeten Sperrschicht 23
entfernt Gleichzeitig wird bei diesem Verfahrensschritt aber eine Oxydschicht 24 gebildet die eine Ausdehnung
bewirkt, die größer ist als die Ausdehnung der Metallisierung vor Durchführung des Verfahrensschrittes.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Metallisierung 21 nicht mehr im Bereich der Sperrschicht 23 liegt
sondern daß die Sperrschicht 23 von einer Oxydschicht 24 überdeckt wird. Durch Steuerung der Dicke der
Oxydschicht, was durch Steuerung der Zeit, der elektrischen Spannung des Druckes und der Temperatur
geschehen kann, kann erreicht werden, daß die Oxydschicht genau über der an die Oberfläche der
Anordnung tretenden Sperrschicht zu liegen kommt und diese überdeckt.
Ausgangspunkt ist ein Siliziumplättchen, wie es in Fig.3.01 dargestellt ist. Dieses besteht aus einem
p-dotierten Substrat 31 auf das eine n-dotierte Epitaxieschicht 32 aufgewachsen ist. In die Epitaxieschicht
32 sind ρ+ -dotierte Isolationsgebiete 33 und eine geeignete, p-dotierte Halbleiterzone 34 eindiffundiert.
Die gesamte Anordnung ist mit einer Siliziumoxydschicht 35 bedeckt, die im Bereich der p-dotierten
Halbleiterzone 34 eine geringere Dicke aufweist als über dem restlichen Teil der Anordnung. Um zu der in
Fig.3.01 gezeigten Anordnung zu kommen, sind nur konventionelle Verfahrensschritte anzuwenden.
F i g. 3.02 zeigt die Halbleiteranordnung der F i g. 3.01 nach zusätzlichen Verfahrensschritten, bei denen eine
Photolackschicht aufgebracht, belichtet und für den zu bildenden Kollektorkontakt geätzt wird. Die belichtete
Photolackschicht 36 bildet nach Durchführung des Ätzprozesses in der Oxydschicht 35 entsprechende
Fenster zur Kontaktierung des Kollektors 32.
Fig.3.03 zeigt dieselbe Halbleiteranordnung nach Entfernung der Photolackschicht 36.
Fig.3.04 zeigt die Halbleiteranordnung nach Beschichtung
der Oberfläche mit einer Aluminiumschicht 37 zur Bildung der Kollektorkon taktierung und weiterer
elektrischer Zwischenverbindungen.
F i g. 3.05 zeigt die Halbleiteranordnung nach entsprechender Maskierung und Ätzung. Die Photolackschicht
52 ist entfernt, ausgenommen die Stellen, an denen die Aluminiumschicht 37 als Kollektorkontakt
und Zwischenverbindung erhalten bleiben muß.
In Fig.3.06 ist der restliche Photolack entfernt und
durch anodische Oxydation die Metallisierung 37 mit einer Aluminiumoxydschicht 38 versehen.
In Fig.3.07 ist erneut eine Beschichtung mit einer
Aluminiumoxydschicht 39 vorgenommen.
Nach einer Maskierung und Durchführung eines Ätochrittes ist in Fig.3.08 die Basismetallisierung 39
durchgeführt, wobei in dieser Metallisierung im Bereich des zu bildenden Emitters eine entsprechende öffnung
zur p-dotierten Basiszone 34 freigelegt ist. Die Photolackschicht 40 ist über den nicht abgeätzten Teilen
der Aluminiumschicht 39 erhalten.
In Fig.3.09 ist die restliche Photolackschicht 40
entfernt. Im Bereich des in der Aluminiumschicht 39 erzeugten Fensters ist durch Ionenimplantation die
Emitterzone 41 erzeugt. Die Emitterzone ist mit Phosphor dotiert und weist eine Tiefe auf die etwa 20
Mikrometer geringer ist als die Tiefe der Basisdiffusion 34. Es entsteht demnach eine Basisweite von 20
Mikrometer. Bei der Implantation der Emitterzone 41 erfolgt keine seitliche Ausdehnung der gebildeten
Emitterzone über den Bereich des verwendeten Metallfensters hinaus, da bei der Ionenimplantation nur
relativ niedrige Temperaturen auftreten.
In Fig.3.10 ist die Halbleiteranordnung dargestellt,
nachdem eine Oxydation der Aluminiumschicht 39 durchgeführt ist. Die Aluminiumschicht 39 wird
anodisch oxydiert. Die dabei gebildete Oxydschicht 42 weist eine Dicke auf, die etwas größer ist als die Dicke,
um die sich die Aluminiumschicht 39 bei diesem Prozeß verringert hat. Aufgrund der gesteuerten Schrumpfung
der Aluminiumschicht 39 in Verbindung mit der gesteuerten Ausdehnung der gebildeten Aluminiumoxydschicht
42 wird erreicht, daß nach Durchführung des Oxydationsprozesses die an die Oberfläche der
Halbleiteranordnung tretende pn-Sperrschicht zwischen Emitter 41 und Basis 34 nicht mehr von
metallischen Aluminium sondern von der Aluminiumschicht überdeckt wird. Das bei der Ionenimplantation
verwendete metallische Emitterfenster erfordert keine besondere Formgebung, da es selbst die Maske für die
Emitterimplantation bildet und gleichzeitig das Entstehen der die Emitter-Basis-Sperrschicht bedeckenden
Oxydschicht festlegt.
In Fig.3.11 ist nach einem Reinigungsprozeß
wiederum die gesamte Oberfläche der Halbleiteranordnung mit einer Aluminiumschicht 43 versehen, die für
die Bildung der Emitterkontaktierung und geeignete Zwischenverbindungen zuständig ist.
In Fig.3.12 ist wiederum eine geeignete Maskierung
und Ätzung vorgenommen, so daß die Teile der Aluminiumschicht 43 erhalten bleiben, die den Emitterkontakt
und das zusätzliche Leitungsmusler bilden. Diese Teile der Aluminiumschicht 43 sind noch mit der
Photolackschicht 44 bedeckt.
F i g. 3.13 zeigt die Halbleiteranordnung nach Entfernung des restlichen Photolackes und nach Erzeugen
einer schützenden Aluminiumoxydschicht 45 auf der den Emitter kontaktierenden Aluminiumschicht 43.
Fig.3.14 zeigt die Halbleiteranordnung mit einer weiteren Photolackschicht 46 nach der Herstellung eines Maskenfensters in der Oxydschicht 38.
Fig.3.14 zeigt die Halbleiteranordnung mit einer weiteren Photolackschicht 46 nach der Herstellung eines Maskenfensters in der Oxydschicht 38.
In Fig.3.15 ist die Photolackschicht 46 entfernt. Außerdem ist eine Aluminiumschicht 47 über der
gesamten Oberfläche aufgebracht. Diese Aluminium-ίο schicht stellt im Bereich des in Fig.3.14 gezeigten
Fensters den Kontakt zur Aluminiumschicht 37 her, die ihrerseits die Kollektorzone 32 kontaktierl. Entsprechende
leitende Verbindungen zwischen der Aluminiumschicht 47 und der Aluminiumschicht 43 für die
Emittermetallisierung und der Aluminiumschicht 39 für die Basismetallisierung können erforderlichenfalls
gleichzeitig und in derselben Weise hergestellt werden.
Fig.3.16 zeigt die Halbleiteranordnung nach einer geeigneten Maskierung und entsprechender Abätzung
der Aluminiumschicht 47 zur Bildung der gewünschten leitenden Zwischenverbindungen.
In Fig.3.17 ist die maskierende Photolackschicht 48
der F i g. 3.16 entfernt. Durch eine anodische Oxydation sind die verbliebenen Leitungsteile der Aluminiumschicht
47 mit einer isolierenden Oxydschicht 49 versehen.
Durch weitere Anwendung des bekannten Photoätzverfahrens in Verbindung mit Metallisierungsprozessen
lassen sich weitere erforderliche leitende Zwischenverbindungen zwischen weiteren im gleichen Halbleiterkörper
untergebrachten Halbleiteranordnungen herstellen. Jeweils übereinanderliegende Metallschichten
die nichtleitend miteinander verbunden sein sollen müssen dann durch die in den Fig.3.14 bis 3.17
gezeigten Verfahrensschritte jeweils mit einer Oxydschicht versehen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen siel· Feldeffekt-Tansistoren oder komplexe Halbleiterelemente
verschiedenster Art herstellen. Die Vorteil« kommen insbesondere dann zur Geltung, wenr
benachbarte Halbleiterzonen gebildet werden sollen wobei eine der Zonen eine sehr exakt kontrolliert«
Weite aufweisen muß.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Maskierungs- und Metallisierungsverfahren bei der Herstellung von Halbleiterzonen durch Ionenimplantation,
bei dem eine als Kontakt- und Leitungsmetallisierung dienende Metallschicht als
Maske mit geeignetem Maskenfenster auf die Halbleiteroberfläche aufgebracht wird und bei dem
durch das Maskenfenster die Ionenimplantation durchgeführt wird, dadurch gekeanzeichne
t, daß eine teilweise Oxydation der Metallschicht (6; 21; 39) mit einer derartigen Steuerung der Dicke
der Oxidschicht (7; 24; 42) erfolgt, daß der an die Oberfläche des Halbleiterkörpers tretende Teil der
Sperrschicht (9; 23), die die bei der Ionenimplantation gebildete Halbleiterzone (10; 22; 4i) begrenzt,
durch die Oxidschicht (7; 24; 42) überdeckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydation der Metallschicht (6; 21;
39) durch einen anodischen Oxydationsprozeß durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (6; 21; 39) aus
Aluminium besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oxidschicht (7;
42) eine zweite Metallschicht (11; 43) aufgebracht wird, die wiederum ein Leitungsmuster darstellt und
im Bereich des Maskenfensters der ersten Metallschicht (6; 39) den Kontakt zu der dort gebildeten
Halbleiterzone (10; 41) bildet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Maskenfensters
auf dem Halbleitermaterial (34) aufliegt.
35
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2100224A1 DE2100224A1 (de) | 1971-07-29 |
DE2100224B2 true DE2100224B2 (de) | 1978-09-28 |
DE2100224C3 DE2100224C3 (de) | 1979-05-31 |
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ID=21713436
Family Applications (1)
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DE2100224A Expired DE2100224C3 (de) | 1970-01-22 | 1971-01-05 | Maskierungs- und Metallisierungsverfahren bei der Herstellung von Halbleiterzonen |
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JP (1) | JPS5435075B1 (de) |
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FR (1) | FR2077263B1 (de) |
GB (1) | GB1270227A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 1970-12-17 JP JP11259270A patent/JPS5435075B1/ja active Pending
- 1970-12-17 FR FR7047128A patent/FR2077263B1/fr not_active Expired
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- 1971-01-05 DE DE2100224A patent/DE2100224C3/de not_active Expired
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FR2077263A1 (de) | 1971-10-22 |
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