DE2104776A1 - Halbleitervorrichtung mit einem Halb leiterbauelement in einer isolierten Halb leiterzone - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit einem Halb leiterbauelement in einer isolierten Halb leiterzone

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DE2104776A1
DE2104776A1 DE19712104776 DE2104776A DE2104776A1 DE 2104776 A1 DE2104776 A1 DE 2104776A1 DE 19712104776 DE19712104776 DE 19712104776 DE 2104776 A DE2104776 A DE 2104776A DE 2104776 A1 DE2104776 A1 DE 2104776A1
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Description

  • 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.
  • Bisher wurde, um eine Mehrzahl von Haibleiterbauelementen voneinander getrennt in einer Halbleiterunterlage auszubilden, die Isolation hauptsächlich durch die Diffusionstechnik geschaffen.
  • 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.
  • 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.
  • Die Isolationszone dient zur Isolierung des Planartransistors gegenüber den Halbleiterbauelementen in anderen Zonen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Als Ergebnis kann erfindungsgemäß die ein Bauelement bildende Zone durch die Isoliermaterialschicht umgeben werden.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • B. eine integrierte Schaltung herzustellen, die eine ausgezeichnet Durchbruchsspannung, gute Hochfrequenzeigenschaf ten u. dgl. hat, d. h. groß. industrielle Vorteile mit sich bringt.

Claims (5)

PatentansrUche
1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterbauelement in einer isolierten Halbleiterzone, g s k e n n z e i c h n e t durch Herstellen einer Halbleiterunterlage (i) eines Leitungstyps, Bilden einer Isolierschicht (9) auf der Unterlage, selektives Ätzen der Isolierschicht zum Freilegen gewünschter Teile der Oberfläche der Unterlage, Bilden einer Halbleiterepitaxialsohicht (3, 3a) eines anderen-L-itungstyps auf der freigelegten Oberfläche der Unterlage it einer etwa gleichen Dicke wie die der Isolierschicht und Erzeugen des Halbleiterbauelements (z. B. Transistors 6, 7, 8, B, Es C) in der Halbleiterepitatialschicht (3a).
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Erzeugen einer abgedeckten Schicht (2) in der Unterlage (1) unter Vewendung der selektiv geätzten Isolierschicht (9b) als Maske.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierschicht (9) eine Sio2- oder Si3N4-Schicht gebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierschicht (9) eine Mehrlagenschicht aus SiO2 und Si3N4 gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (9) aus A1203 gebildet wird.
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