DE2103468A1 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer HalbleiteranordnungInfo
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Description
N.V. Philips'Gloeilampenfabrieken, Eindhoven/Holland
"Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem einkristallinen
Halbleiterkörper, in dem ein Transistor mit Emitter- und Kollektorzonen vom einen Leitfähigkeitstyp und einer Basiszone
vom anderen Leitfähigkeitstyp angebracht wird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine durch das erfindungsgemäße
Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung, ζ. B. einen gesonderten Transistor oder eine integrierte
Schaltung, die einen Transistor als eines der Schaltungselemente enthält.
Es ist bekannt, daß die Form des Basis-Kollektor-pn-über- j
ganges einen erheblichen Einfluß auf die Eigenschaften "
eines Transistors, z. B. auf die Durchschlagspannung und die maximale Betriebsfrequenz, ausübt. Gewöhnlich werden
die Emitter- und Basiszonen dadurch gebildet, daß in einen Halbleiterkörper Verunreinigungen vom einen bzw.
vom anderen Leitfähigkeitstyp eingeführt werden, wodurch eine planare Transistorstruktur gebildet wird, in der der
Basis-Kollektor-Übergang den Emitter-Basis-Übergang inner-
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halb des Halbleiterkörpers umgibt und die beiden Übergänge an einer praktischen flachen Oberfläche des Körpers
unter einer auf der Oberfläche angebrachten schützenden und isolierenden Schicht enden; in durch verschiedene
solcher Verfahren hergestellten Anandnupgen srstreckt sich
der unterhalb der Emitterzone liegende Teil des Basis-Kollektor-pn-Uberganges
auf einem tieferen Pegel in dem Körper als benachbarte Teile des Basis-Kollektor-pn-Übergangs.
Eine derartige Form des Basis-Kollektor-Übergangs beschränkt die Durchschlagspannung und die Betriebsfrequenz des Transistors und ist daher für bei hohen
Spannungen und/oder hohen Frequenzen betriebenen Anordnungen unerwünscht.
Es ist bekannt, daß eine solche unerwünschte Form des Basis-Kollektor-Überganges erhalten wird, wenn die Emitterzone
durch Diffusion einer Verunreinigung in eine zuvor diffundierte Basiszone gebildet wird. Dieser Effekt ist
unter der Bezeichnung "emitter-dip" oder "base push-outH-Effekt
bekannt, E±n bekanntes Verfahren zur Herabsetzung dieses Effektes besteht darin, daß die Basiszone und die
Emitter-Basis- und Basis-Kollektor-pn-Übergänge gleichzeitig dadurch gebildet werden, daß die Basis durch Diffusion
über eine zuvor diffundierte Emitterzone angebracht i siehe die britische Patentschrift 1 145 121.
In der britischen Patentanmeldung Nr. 24 762/67 wurde vorgeschlagen,
die Basiszone durch Ionenimplantation über einen eine zuvor angebrachte Emitterzone enthaltenden Teil
des Körpers zu bilden. Die Emitterzone kann durch Diffusion einer Verunreinigung in einen Teil einer flachen
Oberfläche über eine Öffnung in einer Isolierschicht auf der erwähnten Oberfläche angebracht werden. Während der
Diffusion wird in der Öffnung eine Oxydschicht gebildet,
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die eine Dicke haben kann, die geringer als die benachbarter Teile der Isolierschicht ist. Die Ionenimplantation
zur Bildung der Basiszone kann teilweise über die Oxydschicht und teilweise über die benachbarten Teile der
Isolierschicht erfolgen; wegen der stärkeren maskierenden Wirkung der Isolierschicht dringen die Ionen jedoch tiefer
in den unmittelbar unterhalb der Oxydschicht liegenden Teil des Halbleiterkörpers ein. Dies hat zur Folge, daß
der unterhalb der Oxydschicht liegende Teil des Basis-Kollektor-Übergangs sich tiefer als benachbarte Teile
des Basis-Kollektor-Übergangs in dem Körper erstreckt. Diese Schwierigkeit kann dadurch beseitigt werden, daß vor
der Ionenimplantation ein Teil der Isolierschicht oder die ganze Isolierschicht und die Oxydschicht entfernt werden.
Dies bereitet aber Schwierigkeiten in einer späteren Herstellungsstufe,
bei der die Lage der zuvor angebrachten Emitterzone wieder bestimmt werden muß, während es dann
weiter erforderlich ist, eine neue isolierende und passivierende Schicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers
anzubringen.
Nach der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit
einer nichtplanaren Oberfläche versehen wird, auf der eine isolierende und passivierende Schicht angebracht wird, die
eine öffnung aufweist, die einen plateauförmigen Teil der nichtplanaren Oberfläche des Halbleiterkörpers enthält;
und daß eine Verunreinigung vom erwähnten anderen Leitfähigkeitstyp durch Ionenimplantation über den erwähnten
plateauförmigen Teil und über die benachbarten, den plateauförmigen Teil umgebenden Teile der isolierenden
und passivierenden Schicht in den Halbleiterkörper eingeführt wird, wobei in dem Körper ein Basis-Kollektor-pn-Übergang
gebildet wird, dessen unmittelbar unterhalb des
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erwähnten plateauförmigen Teiles liegender Teil nicht
weiter als benachbarte Teile des Basis-Kollektor-pn-Übergangs von der durch den erwähnten plateauförmigen Teil
gehenden Ebene entfernt ist, und wobei die Emitterzone dadurch angebracht wird, daß eine Verunreinigung über den
plateauförmigen Teil in den Halbleiterkörper eingeführt wird, wodurch sich die Emitterzone von dem erwähnten
plateauförmigen Teil her in dem Halbleiterkörper erstreckt.
Da das Plateau eine gleich große oder sogar größere Bremswirkung als die isolierende und passivierende Schicht
auf die Ionen ausüben kann, kann unerwünschte Ausstülpung des Basis-Kollektor-Übergangs unter dem Emitter vermieden
werden. Außerdem kann der Halbleiterkörper an der Stelle des Plateaus über die öffnung in der isolierenden und
passivierenden Schicht sofort weiteren Bearbeitungsschritten unterworfen werden.
Die Bremswirkung der isolierenden und passivierenden Schicht und die des Plateaus werden durch die Dicke und
die Zusammensetzung dieser Schicht bzw. dieses Plateaus bestimmt .
Die erwähnte Ionenimplantation kann über eine auf dem erwähnten .plateauförmigen Teil angebrachte Schicht erfolgen.
Eine derartige Schicht kann z. B. eine dünne Glasschicht sein, die während der Diffusion einer Verunreinigung zum Erhalten
der Emitterzone gebildet wird; diese Schicht kann die Form des gebildeten Basis-Kollektor-Übergangs günstig
beeinflussen, so daß z. B. der unmittelbar unterhalb des plateauförfsigen Teiles liegende Teil des Übergangs der
durch den erwähnten Plateauteil gehenden Ebene näher .liegt als benachbarte Teile des Übergangs» In gewissen
Fällen kann eine derartige Schicht auf dem erwähnten
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'Plateauteil sogar ζ. B. eine Emitter-Elektrode sein.
Der Oberflächenteil, über den die erwähnte Verunreinigung zur Bildung des Basis-Kollektor-pn-Übergangs eingeführt
wird, kann ein praktisch flacher Oberflächenteil sein, der aus dem plateauförmigen Teil der nichtplanaren
Halbleiteroberfläche und dem erwähnten benachbarten umgebenden Oberflächenteil der isolierenden und passivierenden
Schicht besteht; die Einführung der erwähnten Verunreinigung über eine derartige flache Oberfläche zur Bildung des
Basis-Kollektor-pn-Übergangs kann zur Folge haben, daß der , unmittelbar unterhalb des erwähnten plateauförmigen Tei- ™
les gebildete Teil des Basis-Kollektor-Übergangs praktisch in dem gleichen Abstand von der durch den erwähnten
Plateauteil gehenden Ebene liegt wie benachbarte Teile des Übergangs.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der erwähnte
Oberflächenteil nichtplanar sein, während der Plateauteil der Halbleiteroberfläche über den erwähnten benachbarten
umgebenden Teil der isolierenden und passivierenden Schicht hinausragen kann. Das Einführen der erwähnten
Verunreinigung über einen derartigen nichtplanaren Oberflächenteil
kann zur Folge haben, daß der unmittelbar J unterhalb des erwähnten plateauförmigen Teiles gebildete
Teil des Basis-Kollektor-Übergangs der durch den erwähnten Plateauteil gehenden Ebene näher liegt als benachbarte
Teile des Basis-Kollektor-Ubergangs.
Der erwähnte Plateauteil kann durch örtliches epitaktisches Anv/achsen von Halbleitermaterial auf einer praktisch
flachen Halbleiteroberfläche angebracht werden, wobei das epitaktische Anwachsen in einer öffnung in einer
Maskierungsschicht aus einem isolierenden und passivierenden
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Material auf der Halbleiteroberfläche stattfindet. Das Halbleitermaterial kann weiter auf einer Maskierungsschicht niedergeschlagen werden, wobei das überflüssige
Halbleitermaterial durch eine mechanische Schleifbearbeitung bis zu dem Pegel der Maskierungsschicht entfernt
werden kann, so daß auf diese Weise der Plateauteil der erhaltenen nichtplanaren Halbleiteroberfläche in der Öffnung
in der Maskierungsschicht gebildet wird; die Maskierungsschicht bildet dann die erwähnte isolierende und
passivierende Schicht auf der nichtplanaren Halbleiteroberfläche.
Zum Erhalten des erwähnten Plateauteiles einer nichtplanaren Oberfläche können frei gelegte Teile einer praktisch
flachen Oberfläche des Halbleiterkörpers chemisch geätzt werden, wobei ein Teil der praktisch flachen Oberfläche,
der von einer darauf angebrachten Maskierungsschicht gegen Angriff durch das Ätzmittel maskiert wird, den erwähnten
Plateauteil bildet. Isotropes Ätzen kann zur Folge haben, daß die Halbleiteroberfläche kleine örtliche Krümmungen
aufweist, wodurch die erhaltene Halbleiteroberfläche mit dem erwähnten Plateauteil als eine MESA-Struktur betrachtet
werden kann. Ein durch Einführung von Verunreinigungen über eine solche MESA-Struktur gebildeter Basis-Kollektor-Übergang
kann kleine örtliche Krümmungen und eine verlangte MESA-Kontur aufweisen,
Eine Maskierungsschicht, mit deren Hilfe ein Oberflächenteil bei der Herstellung einer nichtplanaren Halbleiteroberfläche
gegen Angriff durch ein Ätzmittel maskiert wird, kann - je nach der Art des Ätzmittels - eine Anzahl
verschiedener Materalien, z. B. Siliciumoxyd, Siliciumnitrid oder ein geeignetes Metall, enthalten. V/eitere Bearbeitungsschritte können durchgeführt werden, wobei wenigstens ein
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Teil der Maskierungsschicht beibehalten wird, wodurch die Lage des Plateauteiles bestimmt wird. Je nach ihrer Art
kann die Schicht eine weitere Funktion erfüllen. Die Schicht kann z. B. als weitere Maskierungsschicht bei der Bildung
der erwähnten isolierenden und passivierenden Schicht oder als Quelle von Verunreinigungen zur Bildung der
Emitterzone oder als Emitter-Kontaktelektrode dienen.
Die isolierende und passivierende Schicht kann durch Niederschlagen
auf der ganzen nichtplanaren Halbleiteroberfläche erhalten werden, wonach Halbleiterteile z. B. durch
eine geregelte Schleiftechnik frei gelegt werden können,
wodurch der Halbleiterplateauteil gebildet wird, der in einer öffnung in der isolierenden und passivierenden
Schicht liegt und von dieser Schicht umgeben wird.
Das Anbringen der isolierenden und passivierenden Schicht auf der Halbleiteroberfläche kann, wenn der Halbleiterkörper
aus Silicium besteht, auf verhältnismäßig einfache Weise dadurch erfolgen, daß Teile der Siliciumoberfläche
einer Oxydationsbehandlung unterworfen werden. Wenn das erwähnte Plateau unter Verwendung von Maskierung und
Ätzung gebildet wird und der Halbleiterkörper aus Silicium besteht, können nach der Bildung des erwähnten Plateauteiles
mit Hilfe einer Maskierungsschicht Teile der erhaltenen Siliciumoberfläche, die nicht mit der Maskierungsschicht
überzogen sind, einer Oxydationsbehandlung unterworfen werden, wodurch an der Stelle der Siliciumoberfläche
eine isolierende und passivierende Siliciumoxydschicht gebildet wird, wobei der erwähnte Plateauteil mit
Hilfe der Maskierungsschicht gegen Oxydation maskiert wird. Die durch eine derartige Oxydationsbehandlung gebildete
Siliciumoxydschieht wird nicht auf der ursprünglichen geätzten nichtplanaren Siliciumoberfläche angebracht, sondern
wird teilweise in den Siliciumkörper versenkt. Die
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erwähnte Maskierungsschicht kann aus Siliciumnitrid bestehen.
Die Emitterzone kann durch eine Anzahl verschiedener Techniken gebildet werden. Z. B. kann eine übliche
Diffusionstechnik aus einem Gasstrom oder Ionenimplantation angewandt werden. Eine weitere unter gewissen Bedingungen
anwendbare Technik ist ein Implantationsverfahren, wie wknock-onw-Implantation; in diesem Falle wird
die Verunreinigung auf einem Oberflächenteil angebracht und mit energiereichen Ionen beschossen, die durch Energieübertragung
bewirken, daß die Verunreinigung durch den Oberflächenteil hindurch in den Halbleiterkörper eindringt.
Es ist erwünscht, daß die Emitterzone im wesentlichen auf den erhöhten zu dem Plateauteil der nichtplanaren Halbleiteroberfläche
gehörenden Teil des Körpers beschränkt wird, damit die Streuemitterkapazität herabgesetzt wird,
indem die Oberfläche des Emitter-Basis-Übergangs auf den sich praktisch parallel zu dem Plateauteil der Halbleiteroberfläche
erstreckenden Teil beschränkt wird. Dies läßt sich auf verschiedene Weise erzielen. Eine Verunreinigung
vom einen Leitfähigkeitstyp zur Bildung der Emitterzone kann in den Halbleiterkörper über eine praktisch
flache Oberfläche eingeführt werden, wonach der erwähnte Plateauteil dadurch gebildet werden kann, daß Teile der
praktisch flachen Oberfläche einer Ätzbehandlung unterworfen werden. Bei einer anderen Ausführungsform werden
der erwähnte Plateauteil der Halbleiteroberfläche und die Emitterzone gleichzeitig z. B. dadurch gebildet, daß örtlich
epitaktisch niederohmiges Material vom erwähnten einen Leitfähigkeitstyp angewachsen wird. Bei einer Weiterbildung
werden der plateauförmige Teil und andere Teile der nicht-
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-planaren Oberfläche und die darauf angebrachte isolierende und passivierende Schicht gebildet, bevor die Verunreinigung
zur Bildung der Emitterzone in den Körper eingeführt wird.
Bekanntlich kann eine isolierende und passivierende Schicht eine Haskierungsschicht bilden, die das Einführen von Verunreinigungen
beschränkt. Wie oben bereits erwähnt wurde, bestimmt die erwähnte Öffnung in der isolierenden und passivierenden
Schicht auf der nichtplanar'en Halbleiteroberfläche die Lage des erwähnten Plateauteiles dieser Oberflä- · j
ehe. Nach Anbringung der nichtplanaren Halbleiteroberfläche %
und der darauf befindlichen isolierenden und passivierenden Schicht, die eine Öffnung zur Aufnahme des erwähnten
Plateauteiles aufweist, kann die Emitterzone dadurch gebildet werden, daß eine Verunreinigung vom einen Leitfähigkeitstyp
über den Plateauteil in den Körper eingeführt wird, wobei die isolierende und passivierende Schicht benachbarte
Teile der Halbleiteroberfläche gegen das Einführen der erwähnten Verunreinigung maskiert. Die erwähnte
Verunreinigung kann über die nichtmaskierte Oberfläche des Plateauteiles durch Diffusion aus einem Gasstrom in
den Körper eingeführt werden. Bei Anwendung einer derartigen Diffusionstechnik endet der Emitter-Basis-Übergang an
der Halbleiteroberfläche unterhalb der.isolierenden und
passivierenden Schicht. In diesem Falle kann ein sogenannter "washed-out"-Emitterkontakt in der Öffnung in der isolierenden
und passivierenden Schicht hergestellt werden, ohne daß Kurzschluß des Emitter-Basis-Ubergangs auftritt.
Da die Form des Basis-Kollektor-Übergangs durch die Kontur des Oberflächenteiles bestimmt wird, über den die Verunreinigung
vom erwähnten anderen Leitfähigkeitstyp in den Halbleiterkörper implantiert wird, können unerwünschte
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Folgen von Effekten, wie dem "base push-out"-Effekt, mit
Hilfe der Kontur des nichtplanaren Teiles dieses Oberflächenteiles ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann
die Emitterzone in einer vorher angebrachten Basiszone angebracht werden, ohne daß eine unerwünschte Kontur des
Basis-Kollektor-pn-Überganges erhalten wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird aber die Emitterzone im
Halbleiterkörper angebracht und werden die Emitter-Basis- und Basis-Kollektor-pn-Übergänge gleichzeitig dadurch gebildet,
daß anschließend die Verunreinigung vom erwähnten anderen Leitfähigkeitstyp zur Bildung der Basiszone des
Transistors in den Körper implantiert wird. In diesem Falle können andere benachbarte Teile der nichtplanaren
Halbleiteroberfläche z. B. höchstens 0,3 /um unterhalb der Ebene durch den erwähnten Plateauteil liegen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben*
Es zeigenί
Fig. 1 bis 7 Schnitte durch einen Teil eines Halbleiterkörpers während verschiedener Stufen der Herstellung eines
bipolaren Transistors und
Fig. 8 eine Draufsicht auf den betreffenden Teil des Körpers während der Stufe nach Fig. 6*
Es sei bemerkt, daß bei dem nachstehenden AusfUhrungsbeispiel
ein Transistor durch das Verfahren nach der Erfindung hergestellt wird« Es dürfte aber einleuchten, daß
auf übliche Weise in dem Halbleiterkörper mehrere Transistoren gleichzeitig hergestellt werden können, die in
einer späteren Stufe in einzelne Elemente unterteilt werden können,
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Es wird von einem η-leitenden einkristallinen Siliciumkörper 1 ausgegangen, von dem ein Teil in Fig. 1 dargestellt
ist. Der Körper 1 enthält ein n+-Substrat 2 mit
einem spezifischen Widerstand von 0,008 SX.cm und einer Dicke von 200 /um, auf dem eine η-leitende epitaktische
Schicht 3 mit einem spezifischen Widerstand von 0,5-Λ. cm
und einer Dicke von 3 /Uin angebracht wird. Die Hauptoberflächendes
Körpers 1 stehen senkrecht auf der <11^-Richtung.
Auf einer praktisch flachen Siliciumoberflache 4, die eine
Oberfläche der η-leitenden epitaktischen Schicht 3 ist, wird eine Siliciumnitridschicht 5' mit einer Dicke von
0,25 /um dadurch angebracht, daß der Körper bei einer Temperatur von 95O0C und bei atmosphärischem Druck in
einem Gasstrom, der aus Wasserstoff mit 30 Vol.% Ammoniak
und 1 Vol.% Silan (SiH^) besteht, erhitzt wird. Dann wird
reiner Wasserstoff über den Körper geführt, wonach der Körper abgekühlt wird.
Eine Siliciumoxydschicht mit einer Dicke von 0,2 /um wird auf bekannte Weise auf der Siliciumnitridschicht 51 durch
Zerstäubung angebracht. Nachdem auf übliche Weise eine ätzbeständige Maskierung 6 angebracht ist, wird die
Siliciumoxydschicht örtlich dadurch entfernt, daß auf übliche Weise mit konzentrierter Flußsäure geätzt wird,
wodurch eine Siliciumoxydmaske 17 mit einer öffnung von 30 /um χ 40 /um erhalten wird, welcher Teil eine
Siliciumoxydmaske 7 mit einer Oberfläche von 3 /um χ 20 /um umgibt. Der Körper 1 wird anschließend in entionisiertem
Wasser gespült. Die erhaltene Struktur ist in Fig. 1 dargestellt.
Dann wird zur Entfernung der nicht vom Oxyd maskierten
- 12 109830/1796
Teile der Siliciuimitridschicht bei einer Temperatur von
23O°C eine Ätzbehandlung in Orthophosphorsäure (H^PO^)
durchgeführt. Obgleich bei dieser Temperatur das Maskierungsmuster 6 mit Hilfe der Phosphorsäure entfernt wird, wird
das unter den Oxydmaskierungsteileri 7 und 17 befindliche
Nitrid in der kurzen Ätzzeit, in der die Phosphorsäure auf die Siliciumoxydmasken 7 und 17 einwirkt, beibehalten. Der Spülvorgang wird auf übliche Weise in entionisiertern
Wasser durchgeführt, wonach der Halbleiterkörper getrocknet wird.
23O°C eine Ätzbehandlung in Orthophosphorsäure (H^PO^)
durchgeführt. Obgleich bei dieser Temperatur das Maskierungsmuster 6 mit Hilfe der Phosphorsäure entfernt wird, wird
das unter den Oxydmaskierungsteileri 7 und 17 befindliche
Nitrid in der kurzen Ätzzeit, in der die Phosphorsäure auf die Siliciumoxydmasken 7 und 17 einwirkt, beibehalten. Der Spülvorgang wird auf übliche Weise in entionisiertern
Wasser durchgeführt, wonach der Halbleiterkörper getrocknet wird.
Das verbleibende Siliciumnitrid besteht aus einem Siliciumnitridteil
18 mit einer Öffnung Hiit einer Breite von etwa 30 /um, der einen Siliciumnitridteil 5 mit einer Breite
von 3 /um umgibt.
von 3 /um umgibt.
Die Siliciumnitridteile 5 und 18 bilden zusammen mit verbleibenden
Teilen der Siliciumoxydmasken 7 und 17 ein
Maskierungsmuster auf der praktisch flachen Siliciumoberfläche 4, un Teile der Oberfläche 4 gegen eine anschließend durchgeführte Ätzbehandlung zu maskieren. Dabei wird eine Ätzlösung verwendet, die 1 Volumenteil Flußsäure in 20 Teilen Salpetersäure enthält. Die Ätzbehandlung wird fortgesetzt, bis die nichtmaskierten Teile der praktisch flachen Siliciumoberflache 4 bis zu einer Tiefe von 0,25 /um geätzt sind. Der von dem Siliciumnitridteil 5 geschützte
Teil der Oberfläche 4 bildet einen Plateauteil 8 mit einer Oberfläche von etwa 3 /um χ 20 /um. Die erhaltene Siliciumoberf lache 9 umfaßt eine MESA-Struktur, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist» Etwaige verbleibende Teile der Siliciumoxydmasken 7 und 17 werden durch Zitzen entfernt.
Maskierungsmuster auf der praktisch flachen Siliciumoberfläche 4, un Teile der Oberfläche 4 gegen eine anschließend durchgeführte Ätzbehandlung zu maskieren. Dabei wird eine Ätzlösung verwendet, die 1 Volumenteil Flußsäure in 20 Teilen Salpetersäure enthält. Die Ätzbehandlung wird fortgesetzt, bis die nichtmaskierten Teile der praktisch flachen Siliciumoberflache 4 bis zu einer Tiefe von 0,25 /um geätzt sind. Der von dem Siliciumnitridteil 5 geschützte
Teil der Oberfläche 4 bildet einen Plateauteil 8 mit einer Oberfläche von etwa 3 /um χ 20 /um. Die erhaltene Siliciumoberf lache 9 umfaßt eine MESA-Struktur, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist» Etwaige verbleibende Teile der Siliciumoxydmasken 7 und 17 werden durch Zitzen entfernt.
Die Siliciumnitridschicht 5 auf der MESA-Struktur wird
als weitere Maskierungsschicht in zwei auffolgenden Be-
als weitere Maskierungsschicht in zwei auffolgenden Be-
- 13 109830/1796
.arbeitungsschritten verwendet, und zwar während einer
Borinplantation zur Bildung eines niederohmigen Basiskontaktgebietes in der Nähe der Oberfläche 9 und während
einer Oxydationsbehandlung zur Bildung einer Siliciumoxydschicht an der Oberfläche 9, die als Maske bei der
Bildung der Emitterzone und als isolierende und passivierende Schicht wirkt.
Zur Herstellung des niederohmigen Basiskontaktgebietes wird der Körper 1 in die Auffangkammer· eines Ionenimplantationsapparates
gesetzt und, wie mit Pfeilen in Fig. 2 angedeutet ist, mit Borionen beschossen. Die bombardieren- m
den Borionen, die aus einer aus Bortrichlorid bestehenden Ionenquelle erhalten werden, werden mit einer Energie von
40 keV und einer Konzentration von etwa 10 Atomen/cm in die Siliciumoberflache 9 implantiert. Der Körper ist
derart orientiert, daß die Achse,des Ionenstrahls mit der
ζ,ΛΛΛ) -Richtung einen Winkel von 7° einschließt. Die
Siliciumnitridteile 5 und 18 dienen als Masken, die den größten Teil der Borionen, die ihre Oberfläche bombardieren,
absorbieren, so daß Borionen selektiv in die n-leitende epitaktische Schicht 3 über den nichtmaskierten Teil der
Siliciumoberfläche 9 rings um den Siliciumnitridteil 5 implantiert werden. In Fig. 2 ist der implantierte Borteil
der epitaktischen Schicht 3 mit gestrichelten Linien angegeben. Dieser ringförmige Teil erstreckt sich von der
Oberfläche 9 bis zu einer Tiefe von etwa 0,25 /um in der
epitaktischen Schicht 3 und wird während anschließender Herstellungsschritte zur Bildung eines niederohmigen
üasiskontaktgebietes 16 des Transistors ausgeglüht.
Dann wird entweder pyrolytisch oder durch Zerstäubung zur Bildung einer Schicht mit einer Dicke von etwa 1 /um
Siliciumoxyd auf der ganzen Oberfläche 9 niedergeschlagen.
- 14 10983 0/1796
Ein mittlerer Teil der Schicht rings um die MESA-Struktur
land den Siliciumnitridteil 5 wird durch Ätzen entfernt,
wodurch eine dicke Siliciumoxydschicht 19 gebildet wird, die als Maske während der späteren Basisimplantation benutzt
wird, damit gesichert wird, daß dor gebildete
Basis-Kollektor-Ubergang an der nichtplanaren Halbleiteroberfläche endet. Die erhaltene Struktur ist in Fig. 3
dargestellt.
Teile der Siliciumoberflache 9, die nicht mit dem Silicium·^
nitrid 5 überzogen sind, werden dann dadurch oxydiert, daß Dampf bei einem Druck von 1 Atmosphäre und einer
Temperatur von 10QO0C über diese Teile geführt wird, wodurch
eine dünne Siliciumoxydschicht 10 mit einer Dicke von 1200 S (0,12 /um) gebildet wird. Die dünne Siliciumoxydschicht
10 ist über etwa 0,05 /um ihrer Dicke in die
ursprüngliche Siliciumoberflache 9 mit MESA—Struktur versenkt
und weist eine Öffnung auf, die den Plateauteil 8 der Oberfläche 9 enthält, der durch die Siliciumnitridschicht
5 gegen Oxydation maskiert wird; der Plateauteil B ragt etwa 0,2 /um über den größten Teil der Oberfläche der
Siliciumoxydschicht 10 und etwa 0,3 /um über benachbarte umgebende Teile der nichtplanaren Siliciumoberfläche
hinaus (siehe Fig. 4 und 5).
Nach der Oxydatio'nsbehandlung v/ird die Siliciumnitridschicht
3 durch Ätzen mit Phosphorsäure entfernt. Auf diese Weise werden der Plateauteil 8 der Siliciumoberfläche
und die Öffnung in der dünnen Siliciumoxydschicht frei gelegt und wird ein nichtplanarer OberflUchenteil 11
gebildet, der aus der Oberfläche der dünnen Ciliciumoxydschicht
10 und dem Plateauteil 8 der Siliciuiuoborflache
besteht. Über diesen nichfcplanaren OberiMächenteil 11 widen
Donator- und dann Akzeptorveruiireinigun^en zur Bildung
von Emitter- bzv. Basiszonen des Transistors
109830/17 96
BAD OBIQlNAL
Der Körper 1 wird in einen Diffusionsofen gesetzt, der auf 9000C gehalten wird, während die Emitterzone dadurch
gebildet wird, daß Phosphoratome aus einem Gasstrom, der aus Phosphin (PH,) erhaltenen Phosphor enthält,
in die η-leitende epitaktische Schicht 3 über den nichtmaskierten Plateauteil 8 der Siliciumoberfläche eindiffundiert
wird. Die Siliciumoxydschicht 10 maskiert benachbarte Teile der Siliciumoberfläche gegen Diffusion
von Phosphoratomen. Der Umfang der diffundierten Zone ist in Fig. 5 mit gestrichelten Linien angegeben. Die Oberflächenkonzentration
beträgt etwa 10 Atomen/cm . Während der Diffusion wird eine dünne Phosphorsilikatglasschicht J
auf dem nichtmaskierten Plateauteil 8 der Siliciumober- " fläche und in geringerem Maße gleichfalls auf der Oberfläche
der Siliciumoxydschicht 10 gebildet. Erwünschtenfalls kann diese dünne Phosphorsilikatglasschicht durch
Ätzen entfernt werden, bevor die weiteren Herstellungsschritte durchgeführt werden. Es sei bemerkt, daß die Siliciumnitridschicht
5 während der Anbringung der nichtplanaren Oberfläche durch Ätzen, der Anbringung des niederohmigen
Basiskontaktgebietes und der isolierenden und passivierenden Schicht als Maske verwendet wird, wonach
durch Entfernung der Schicht 5 eine Öffnung in der isolierenden und passivierenden Schicht angebracht wird,
durch die eine Verunreinigung zur Bildung des Emitters ||
in den Halbleiterkörper eingeführt werden kann. All diese Schritte können durchgeführt werden, ohne daß genaue zwischenzeitliche
Ausrichtschritte erforderlich sind, dank der Anwendung der Siliciumnitridschicht 5.
Der Emitter-Basis- und der Basis-Kollektor-pn-Übergang
werden gleichzeitig dadurch gebildet, daß in den Körper 1 eine Verunreinigung zur Bildung der Basiszone des Tran- "
sistors eingeführt wird. Dies erfolgt durch Beschüß der
- 16 109830/1796
nichtplanaren Oberfläche 11 mit energiereichen Borionen, wie mit Pfeilen in Fig. 6 angedeutet wird. Der Körper 1
befindet sich in der Auffangkammer des Ionenirapiantationsapparates,
wobei die Ionenquelle aus Bortrichlorid besteht. Die Implantation erfolgt in Schritten mit zunehmender
oder mit abnehmender Energie in dem Bereich von 10 keV - 130 keV bei einer Konzentration von etwa
14 /^
10 Atomen/cm . Der Körper ist derart orientiert, daß die Achse des Ionenstrahls mit der <111> -Richtung einen Winkel von 7° einschließt, Borionen werden über den Plateauteil 8 und über benachbarte Teile der nichtplanaren Oberfläche 11 implantiert. Die dicke Sillciumoxydschicht maskiert den unterliegenden Teil des Körpers gegen Implantation. Eine anschließende Ausglühbehandlung wird bei einer Temperatur zwischen 600°C und 8000C während 30 Minuten durchgeführt. Die implantierten Borionen bilden den Basis-Kollektor-Übergang mit der ursprünglichen n-leitenden epitaktischen Schicht 3 und den Emitter-Basis-Übergang mit der höher dotierten Emitterzone.
10 Atomen/cm . Der Körper ist derart orientiert, daß die Achse des Ionenstrahls mit der <111> -Richtung einen Winkel von 7° einschließt, Borionen werden über den Plateauteil 8 und über benachbarte Teile der nichtplanaren Oberfläche 11 implantiert. Die dicke Sillciumoxydschicht maskiert den unterliegenden Teil des Körpers gegen Implantation. Eine anschließende Ausglühbehandlung wird bei einer Temperatur zwischen 600°C und 8000C während 30 Minuten durchgeführt. Die implantierten Borionen bilden den Basis-Kollektor-Übergang mit der ursprünglichen n-leitenden epitaktischen Schicht 3 und den Emitter-Basis-Übergang mit der höher dotierten Emitterzone.
Borionen, die in die dünne Sillciumoxydschicht 10 eindringen,
dringen praktisch über die gleiche Tiefe in die dünne
SiliciusiGxydschicht 10 wie in die epitaktische Siliciumschicht
3 ein. Die Kontur des erhaltenen Basis-Kollektor-Übergangs ist demzufolge praktisch gleich der Kontur des
nichtplanaren Oberf läche&teiles 11, der durch die Oberfläche
der Siliciumoxydschieht 10 und den Plateauteil 8 der Sillciumoberfllclie gebildet wird. Da der Plateauteil 8,
über den der Emitter angebracht wird, Über die den Plateautell umgebenden benachbarten Teile des nichtplanaren
Oberflächenteilee 11 hinausragt, befindet sich
der unterhalb der Emitterzone liegende Teil des Basis-Kollektor-Ubergangs
in eines geringeren Abstand von der Ebene durch den Plateautell 8 als benachbarte Teile des
10 9830/1796 0RielNAL 1NSPECTED
- 17 -
-Basis-Kollektor-Übergangs, obwohl die Siliciumoxydschicht 10 als Maske für die Emitterdiffusion verwendet wird und
der Basis-Kollektor-Übergang durch Implantation durch diese Schicht hindurch gebildet wird.
Der Emitter-Basis-Übergang und der Basis-Kollektor-Übergang sind in Fig. 8 mit 12 bzw. 13 bezeichnet.
Nach der Ausglühbehandlung liegt der Teil des Basis-Kollektor-Übergangs
13 unterhalb der Emitterzone in einem Abstand von etwa 0,5 /um von der Ebene durch den Plateauteil
8, während der Emitter-Basis-Übergang in einem Abstand von etwa 0,4 /um von der Ebene durch den Plateauteil
8 liegt. Die Breite der Basis zwischen dem Emitter und dem Kollektor beträgt also etwa 0,1 /um. Teile des Basis-Kollektor-Übergangs
13 in der Nähe des unterhalb der Emitterzone liegenden Teiles liegen in einem Abstand von
etwa 0,7 /um von der Ebene duroh den Plateauteil 8.
Da die Emitterzone durch Diffusion über den Plateauteil 8
an der Öffnung in der Siliciumoxydschicht 10 gebildet wird, ist der gebildete Emitter-Basis-Übergang praktisch flach
und zu dem Plateauteil 8 parallel und endet an der Siliciumoberflache unter der dünnen Siliciumoxydschicht
Teile der Siliciumoxydschicht 10 bilden in der hergestellten Anordnung eine isolierende und passivierende Schicht.
Dann werden in der dünnen Siliciumoxydschicht 10 öffnungen
angebracht und wird die dünne Phosphorsilikatglasschicht entfernti damit auf den Basis- und Emitterzonen Kontakte
angebracht werden können. Um den Plateauteil 8 der Siliciumoberflache, der zu der Emitterzone gehört, wieder
frei legen zu können, wird die dünne Glasschicht unter Verwendung einer sogenannten "washed-out emittern-Technik
- 10 -
109830/1798
WSPECTEO
dadurch entfernt, daß der Körper 1 während einiger Sekunden in eine sehr achwache Flußsäurelösung getaucht wird;
infolge der mit Siliciumoxyd überzogenen MESA-Struktur
ist die Technik in diesem Falle nicht kritisch, weil etwa 0,3 /um Siliciumoxyd zwischen dem Rand des Plateauteiles
8 und dem Ende des Emitter-Basis-Übergangs 12 an der Oberfläche vorhanden ist. Mit Hilfe eines weiteren
Photoätzschrittes werden öffnungen von etwa 4 /um χ 20 /um
in der dünnen Siliciumoxydschicht 10 angebracht, durch die Oberflächenteile der niederohmigen Basiskontaktgebiete
1 6 der Basiszone frei gelegt werden.
Eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 0,5 /um wird dann auf der ganzen Oberfläche niedergeschlagen, welche
Aluminiumschicht durch einen weiteren Photoätzschritt
selektiv entfernt wird, um einen Eraitterkontakt 14 und einen Basiskontakt 15 zu erhalten. Der Emitterkontakt
weist die Form eines Fingers mit einer Breite von 4 /um
auf, der sich in der Öffnung der Siliciumoxydschicht 10 an der Stelle des vorher mit der Glasschicht überzogenen
Plateauteiles 8 befindet und sich über die Siliciumoxydschicht 10 zu beiden Seiten der öffnungen erstreckt und in
einer Kontaktfläche großen Flächeninhalts auf der Siliciumoxydschicht 10 endet. Der Basiskontakt 15 enthält zwei
Finger mit je einer Breite von 5 /um, die sich weiter
über die Siliciumoxydschicht 10 erstrecken und in einer
gemeinsamen Kontaktfläche großen Flächeninhalts auf der Siliciumoxydschicht 10 enden. Das niederohmige Substrat
dient als Kollektor-Elektrode.
Anschließend kann der den Transistor enthaltende Körper auf übliche Weise in einer Umhüllung untergebracht werden.
Patentansprüche: - 19 -
109830/1796 omeiNAL INSPECTED
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit
einem einkristallinen Halbleiterkörper, in dem ein Transistor mit einer Emitter- und einer Kollektorzone vom
einen Leitfähigkeitstyp und einer Basiszone vom anderen Leitfähigkeitstyp angebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterkörper mit einer nichtplanaren Halbleiteroberfläche mit einer darauf angebrachten isolierenden und
passivierenden Schicht versehen wird, welche Schicht eine Öffnung aufweist, die einen plateauförmigen Teil der nichtplanaren
Halbleiteroberfläche enthält, und daß eine Ver- Ä unreinigung vom erwähnten anderen Leitfähigkeitstyp
durch Ionenimplantation über den erwähnten Plateauteil und über den benachbarten den Plateauteil umgebenden Teil
der isolierenden und passivierenden Schicht in den Halbleiterkörper eingeführt wird, wodurch in dem Körper ein
Basis-Kollektor-Übergang gebildet wird, von dem der unmittelbar
unterhalb des erwähnten Plateauteiles liegende Teil nicht weiter von der Ebene durch den erwähnten Plateauteil
entfernt ist als benachbarte Teile des Basis-Kollektor-Übergangs, wobei die Emitterzone dadurch angebracht
wird, daß eine Verunreinigung über den Plateauteil in den Halbleiterkörper eingeführt wird, wodurch sich die ,
Emitterzone von dem erwähnten Plateauteil her in dem {j
Halbleiterkörper erstreckt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß [
bei der Bildung des erwähnten Plateauteiles frei gelegte \ Teile der praktisch flachen Oberfläche des Körpers geätzt
werden, wobei ein Teil der praktisch flachen Oberfläche, der durch eine darauf angebrachte Maskierungs- ;
schicht gegen Angriff durch das Ätzmittel maskiert wird, !
den erwähnten Plateauteil bildet.
- 20 - '
109830/1796
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silicium besteht, wobei nach der
Bildung des erwähnten Plateauteiles mit Hilfe einer l-Iaskierungsschicht
Teile der erhaltenen Siliciuraoberflache, die
nicht mit der Maskierungsschicht überzogen sind, einer
Oxydationsbehandlung zur Bildung einer isolierenden und passivierenden Siliciumoxydschicht an der Siliciumoberfläche
unterworfen werden und wobei der erwähnte Plateauteil durch die Maskierungsschicht gegen Oxydation maskiert
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3} dadurch gekennzeichnet,
daß die I-laskierungsschicht aus einer Siliciumnitridschicht
besteht.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daiS die gebildete Emitterzone praktisch auf
den erhöhten Teil des Körpers beschränkt wird, der zu de:. Plateauteil der nichtplanaren Halbleiteroberfläche gehört.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Anbringung der nichtplanaren
Halbleiteroberfläche mit der darauf befindlichen isolierenden und passivierenden Schicht, deren Öffnung den erwähnten
Plateauteil enthält, die Emitterzone dadurch gebildet wird, daß eine Verunreinigung vom einen Leitfähigkeitstyp
über den Plateauteil in den Körper eingeführt wird, wobei die isolierende und passivierende Schicht
benachbarte Teile der Halbleiteroberfläche gegen das Einführen der erwähnten Verunreinigung maskiert.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet 3 daß
die Verunreinigung vom einen Leitfähigkeitstyp durch
Diffusion aus einem Gasstrom über den nichtmaskierten
Plateauteil in den Körper eingeführt wird.
- 21 1G983Ö/173S
2103A68
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emitterkontakt-Elektrode
angebracht wird, die einen Kontakt mit dem Plateauteil der Emitterzone in der erwähnten öffnung in der isolierenden
und passivierenden Schicht herstellt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigung vom einen
Leitfähigkeitstyp in den Körper eingeführt wird und der Emitter-Basis-Übergang und der Basis-Kollektor-Übergang
gleichzeitig dadurch gebildet werden, daß anschließend die Verunreinigung vom erwähnten anderen Leitfähigkeitstyp
zur Bildung der Basiszone des Transistors in den Körper implantiert v/ird.
10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß
eine nichtplanare Halbleiteroberfläche gebildet wird, deren benachbarte Teile höchstens 0,3 /um unterhalb der Ebene
durch den erwähnten Plateauteil liegen.
109830/1796
Leerseite
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ID=26237132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| NL7100351A (de) | 1971-07-19 |
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