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1 Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterbauelement in einer isolierten
Haltleiterzone Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterbauelement in einer isolierten Halbleiterzone,
wobei es sich bei dem Halbleiterbauelement um einen Transistor, eine Diode einen
Widerstand oder einen Kondensator handein kann.
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Bisher wurde, um eine Mehrzahl von Haibleiterbauelementen voneinander
getrennt in einer Halbleiterunterlage auszubilden, die Isolation hauptsächlich durch
die Diffusionstechnik geschaffen.
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Wann z. 13, ein von anderen Haibleiterbauelementen isolierter Epitaxlalplanartransistor
geschaffen werden soll, erzeugt man eine verdeckte N-Schicht übermäßig
hoher
Verunreinigungskonzentration nach der Verunreinigungsdiffusionsverfahren in einer
P-Silisiu@unterlage und bringt sowohl auf der Oberfläche der Unterlnge als auch
auf der abgedeckten Schicht eine N-Epitaxialshicht an.
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Dann bildst nan eine P-Isolationszone hoher Verunreinigungskonzentration
durch Diffusion von der Oberfläche der Epitaxialschicht unter Umfassen der zur Bildang
des erwünschen Transistors erforderlichen Zone durch die Epitaxialschicht zur Unterlage
aus, und anschließend wird der Transistor in der Zone unter Anwendung der bekannten
Halbleitervorrichtungs-Herstellungstechnik geschaffen.
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Die Isolationszone dient zur Isolierung des Planartransistors gegenüber
den Halbleiterbauelementen in anderen Zonen.
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Indessen erstreckt sich, da die Isolationszone gemäß der vorstehend
beschriebenen bekannten Technik nach dem Verunreinigungsdiffusionsverfahren gebildet
wird, die Diffusion oder Isolationszone in seitlicher Richtung von der Diffusionsmaske
um mindestens die der Dicke der Epitaxialschicht entsprechende Entfernung und erhält
manchmal Kontakt mit einer anderen Diffusionsschicht, wie z. B.
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einer abgedeckten Schicht, die zur Verminderung des Kollektorwiderstandes
angebracht ist, wodurch eine fehlerhafte Durchbruchs spannung und ein Anstieg der
Übergangskapazität des Transistors hervorgerufen werden. Um den vorstehend genannten
Nachteil zu vereeiden, rua man den Abstand zwischen der Isolationsschicht und der
abgedeckte ten Schicht ausreichend groß filr die Verunreinigungsdiffusion machen.
Das heißt, bei einen nach des vorstehend erläuterten Verfahren hergestellten Transistor
läßt sich der Nachteil des großen Platzbedarfs, der im Gegensatz
zur
gewünschten Senkung des Platzbedarfs im Zuge der integrie-rten Schaltungstechnik
steht, nicht verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterbauelement in einer isolierten Haibleiterzone
anzugeben, nach dem die benötigte Fläche für ein solches Bauelement geringer ausfällt
und die elektrischen Eigenschaften verbessert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Herstellen einer Halbleiterumterlage
eines Laitungstyps, Bilden einer Isolierschicht auf der Unterlage, selektives Ätzen
der Isolierschicht zum Freilegen gewünschter Teile der Ober fläche der Unterlage
Bilden einer Halbleiterepitaxialschicht eines anderen Leitungstyps auf der freigelegten
Oberfläche der Unterlage mit einer etwa gleichen Dicke wie die der Isolierschicht
und Erzeugen des Halbleiterbauelements in der Halbleiterepitaxialschicht gelëst
Die Erfindung und ihre Vorteile werden anhand des in der Zeichnung veranschaulichten
-Ausführungsbeispiels naher erläutert; darin zeigen: -Fig. 1 bis 4 die verfahrensschritte
bei der Herstellung einer Halbleitertorrichtung gemäß der Erfindung ; Fig. 5 einen
Querschnitt einer erfindungsgemäß hergestellten Halbleitervorrichtung ; und Fig.
G eine Aufsicht auf die Haibleitervorrichtung nach Fig. 5.
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Gemäß Fig. 1 wird die Oberfläche einer P-Siliziumunterlage 1, die
zur Ausbildung einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen getrennt voneinan.der geeignet
ist, mit einer Isoliermaterialschicht 9 aus Siliziumdioxyd (sitz) bedeckt, wozu
die Unterlage einer Hitzebehandlung von etwa einer Stunde bei einer Temperatur von
1000 C in Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt wird, wobei die erhaltene Schicht 9 eine
Dicke von z. B. 1 bis 2 /u erreicht.
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Die jeweiligen Teile 9a der Isoliermaterialschicht 9, die den Zonen
zur Ausbildung der Mehrzahl von Halbleiterbauelementen entsprechen, werden selektiv
geätzt, um nach der Photoätztechnik entfernt zu werden, wie in Fig. 2 angedeutet
ist, während der restliche Teil 9b der Isoliermaterialschicht 9 dazu ausersehen
ist, als Isolationszone zu dienen. Zum Beispiel läßt man dann Arsen in die freigelegten
Teile der Unterlage 1 nach dem Verfahren mit geschlossenem Rohr für einige Stunden
bei einer Temperatur von 1100 OC entsprechend Fig. 3 eindiffundieren, um Abdeckschichten
2 zu schaffen, auf die man weiter N-Epitaxialschichten 3, 3a entsprechend Fig. 4
aufwachsen läßt, indem man nach dem bekannten Epitaxialaufwachsverfahren Silan thermisch
zersetzt, bis die aufwachsenden Schichten eine Dicke von 1 bis 2 /u, d. h. im wesentlichen
also die gleiche Dicke wie die des restlichen Teils 9b der Isoliermaterialschicht
9 erhalten. Außerdem werden, wie aus der Beschreibung noch hervorgehen wird, Halbleiterelemente
in den Epitaxialschichten 3a ausgebildet, die von dem restlichen Teil gb umgeben
sind, wozu bekannte Halbleiterelement-Herstellverfahren angewendet werden. Obwohl
im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der restliche Teil 9b der Isoliermaterialschicht
9 als Diffusionsmaske
zur Diffusion zwecks Bildung der abgedeckten
Schichten verwendet wird, kann die Oberfläche der Unterlage 1 erfindungsgemäß einmal
oxydiert werden, um eine Siliziumdioxydschicht zu bilden, bevor die Isoliermaterialschicht
9 gebildet wird, und selektiv geätzt werden, um die Diffusionsmaske zur Bildung
der abgedeckten Schichten durch Diffusion zu erzeugen.
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Wenn der vorstehend beschriebene Verfahrensgang hinzugefügt wird,
ist es auch möglich, daß die abgedeckten Schichten 2 gebildet werden, ohne daß ein
Kontakt mit dem restlichen Teil 9b der Isoliermaterialschicht 9 zustandekommt. Weiter
ist es, da, wenn die Epitaxialschichten 3, 3a nach dem üblichen Epitaxialaufwachsverfahren
gebildet werden, polykristalline Schichten auf den Siliziumdioxydoberflächen des
restlichen Teils 9b gebildet werden, die zu denen der Epitaxialschichten parallel
sind, erforderlich, daß die polykristallinen Schichten selektiv nach dem Photoätzverfahren
entfernt werden oder daß man das sogenannte selektive Epitaxialverfahren anwendet,
um die Epitaxialschichten unter bzw. bei einer so niedrigen Temperatur wachsen zu
lassen, daß sich die Epitaxialschichten auf der Isoliermaterialschicht nicht bilden
können.
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Fig. 5 erläutert eine nach dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellte Halbleitervor richtung. In Fig. 5 ist die vom restlichen
Teil 9b umgebene Epitaxialschicht 3a mit einer Oxydschicht 5bedeckt, die nachher
nach dem Photoätzverfahren perforiert wird, um als Diffusionsmaske für die anschließende
Verunreinigungsdiffusion zu dienen. Diese wird vorgenommen, um eine Basisschicht
6, eine Emitterschicht 7 und Kollektorkontaktschichten 8 zur Herausführung von Kollektorelektroden
zu bilden, und entsprechende Elektroden B, E und C werden angebracht,
so
daß sich eine integrierte Schaltung mit einem Transistor herstellen läßt. Die Epitaxialschicht
3a der den Transistor enthaltenden Zone ist seitlich vom restlichen Teil 9b aus
dem Isoliermaterial umgeben und an der Unterseite elektrisch von andere Bauelemente
bildenden Zonen durch den PN-Übergang isoliert, der durch die Unterlage 1 und die
abgedeckte Schicht 2 gebildet wird. Weiter kann man, da es möglich ist, eine Isolationszone,
die aus dem restlichen Teil 9b besteht und durch das selektive Ätzen eine beliebige
Abmessung und Lage haben kann, zu bilden, den Abstand zwischen der Isolationszone
9b und der abgedeckten Schicht 2 und den zwischen der Isolationszone 9b und der
Kollektorkontaktschicht 8 sehr gering halten oder bis zur Kontaktgebung verkleinern.
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Fig. 6 ist eine Aufsicht auf die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung
und erläutert die Beziehung zwischen den Zonen der Isoliermaterialschicht 9b zum
elektrischen Isolieren on Bauelementen gegeneinander und der abgedeckten Schicht
2 zum Reduzieren des Kollektorwiderstandes.
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Wie aus Fig 6 ersichtlich ist, läßt sich die Isoliermaterialschicht
9b im Kontakt mit statt getrennt von der abgedeckten Schicht 2 vorsehen, da die
Isoliermaterialschicht 9b aus isolierendem Werkstoff besteht und keine elektrischen
Störungen auftreten können, auch wenn die Isoliermaterialschicht 9b und die abgedeckte
Schicht 2 teilweise in Berührung miteinander sind und bzw. oder sich teilweise überschneiden.
Infolgedessen läßt sich die benötigte Fläche des Transistors um z. B. nahezu die
Hälfte im Vergleich mit der nach dem Stand der Technik verringern, und als Ergebnis
läßt sich der Integrationsgrad der integrierten Schaltung merklich verbessern.
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Da weiter die Isoliermaterialschicht im allgemeinen aus einer Oxydschicht
besteht, wird es möglich, daß die Isolationskapazität stark verringert wird, so
daß die Hochfrequenzeigenschaften der jeweiligen Elemente, wie z. B. Transistoren
od. dgl. verbessert werden können.
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Obwohl ein Grenzbereich 10, der sich in einem Mischzustand von monokristallinem
und polykristallinem Zustand befindet, in der Nachbarschaft der Grenze zwischen
der Epitaxialschicht 3a und den Restteil 9b entsteht, schadet dies nichts, da die
Epitaxialschicht und die abgedeckte Schicht den gleichen Leitungstyp aufweisen und
daher kein PNÜbergang entstehen kann.
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Als Ergebnis kann erfindungsgemäß die ein Bauelement bildende Zone
durch die Isoliermaterialschicht umgeben werden.
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Andererseits hängt die Durchbruchs spannung des Bauelements von der
zwischen der Unterlage 1 und der Epitaxialschicht 3 ab. Nach dem beschriebenen Stand
der Technik wird die letztere Durchbruchsspannung durch die des PN-Übergangs bestimmt,
der zwischen der Epitaxialschicht 3 und der Isolationszone gebildet wird, und läßt
sich nicht steigern, da die Konzentration in der Isolationszone hoch ist. Dagegen
wird beim erfindungsgemäß erzeugten Bauelement die Durchbruchsspannung zwischen
der Unterlage 1 und der Epitaxialschicht 3 durch die des PN-Übergangs bestimmt,
der zwischen der Unterlage 1 verhältnismäßig niedriger Konzentration und der Epitaxialschicht
3 oder der abgedeckten Schicht 2 an der Unterseite der Epitaxialschicht gebildet
ist, und daher läßt sich die Durchbruchsspannung erhöhen.
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Weiter ist, wie oben beschrieben, da die Isolationszone aus Isoliermaterial
besteht, der Leitungstyp der Halbleiter in Berührung mit der Isolationszone, wie
z. B. der Unterlage 1 und der Epitaxialschicht 3 und dergleichen, nicht begrenzt,
und es lassen sich verschiedene Bauelemente in der Epltaxialschicht 3 erzeugen.
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Außerdem ist festzustellen, daß die Isoliermaterialschicht erfindungsgemäß
nicht notwendigerweise aus Siliziumdioxyd bestehen muß, sondern auch aus Siliziumnitrid
(Si3Nk) oder einer Doppellage beider Materialien oder auch aus anderen Isolierstoffen,
wie z. B. AL2O3 bestehen kann.
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Wie vorstehend beschrieben, läßt sich nach dem Verfahren zur Herstellung
einer Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung die Isolation zwischen den Bauelementen
sehr leicht und verläßlich schaffen, und die jeweils benötigten Flächen der Bauelemente
lassen sich erheblich verringern, so daß es möglich ist, eine Halbleitervorrichtung,
wie z.
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B. eine integrierte Schaltung herzustellen, die eine ausgezeichnet
Durchbruchsspannung, gute Hochfrequenzeigenschaf ten u. dgl. hat, d. h. groß. industrielle
Vorteile mit sich bringt.