DE2134385A1

DE2134385A1 - Maskier verfahren für Halbleiteranordnungen

Info

Publication number: DE2134385A1
Application number: DE19712134385
Authority: DE
Inventors: Michael Karl Portland Oreg. Dickman (V.StA.). M
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1970-07-10
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1972-02-03
Also published as: FR2145352A1; NL7109327A; BE769785A

Description

Maskierverfahren für Halbleiter anordnungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Maskieren von Halbleiteranordnungen, wobei eine Siliciumdioxydschicht auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers angeordnet wird.

Die Verwendung von dielektrischen Schichten aus Siliciumdioxyd, Siliciumnitrit oder Aluminiumoxyd als Diffusionsmasken und als Schutzschichten während und nach der Fabrikation von Halbleiteranordnungen ist allgemein bekannt. Bei der Herstellung beispielsweise von Transistoren sind getrennte Masken für die Basisdiffusion, einen Basisumgebungsbereich, die Emitterdiffusion sowie für eine selektive Ätzung der Bereiche für die Kontaktanschlüsse erforderlich. In einem solchen lall können typischerweise vier getrennte Siliciumdioxydmasken Verwendung finden, um einen Transistor entsprechend aufzubauen. Das gleiche gilt für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen, bei denen eine Vielzahl von separaten Masken, z.B.

Fs/wi bei

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"bei einer Logikschaltung mit Emitterkopplung benötigt wird.

Die öffnungen in diesen Siliciumdioxydmasken müssen extrem genau bezüglich, der zuvor oder danach anzubringenden Masken ausgerichtet sein. Dies ist insbesondere für die Masken der Fall, die zur Herstellung der Metallkontaktanschlüsse benötigt werden, da diese öffnungen innerhalb der öffnungen liegen müssen, die für die Herstellung der Emitter- bzw. der Basisbereiche benötigt werden. Die Ausrichtung der Masken insbesondere für die Kontaktierung ist ganz besonders kritisch, da eine Fehl orientierung dieser Masken die Produktionsausbeute ganz erheblich beeinträchtigt. Um zufriitLenstellende Fabrikationserfolge zu erzielen, müssen alle vier zuvor erwähnten Masken genau aufeinander ausgerichtet sein, wobei die Nachteile einer Fehlausrichtung bereits eintreten, wenn nur eine der Masken nicht richtig ausgerichtet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Maskierverfahren für Halbleiter anordnungen zu schaffen, bei dem die Genauigkeit der Ausrichtung der Masken bei der Herstellung des Halbleiteraufbaus wesentlich geringere Anforderung stellt als bisher. Ferner soll auch die für die Herstellung von Halbleiteranordnungen notwendige Anzahl der Masken, die genau ausgerichtet sein müssen, wesentlich verringert werden.

Ausgehend von dem eingangs erwähnten Maskierverfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass über der Siliciumdioxydschicht eine Siliciumnitritschicht angeordnet wird, in welche eine Vielzahl von öffnungen eingeätzt wird, dass in zumindest einer der öffnungen der Siliciumnitritschicht die darunterliegende Siliciumdioxydschicht weggeätzt wird, dass auf den Halbleiterkörper durch die freigelegte öffnung ein Material aufgebracht wird, dass die Siliciumdioxydschicht in zumindest einer weiteren öffnung der Siliciumnitritschicht weggeätzt wird, und dass ein Material

- 2 - durch

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durch die weitere Öffnung auf die Oberfläche des Siliciumkörpers aufgebracht wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Bei einer besonders vorteilhaften Anwendung der Erfindung finden zwei Schichten für eine Maskierung Verwendung, wobei die obere Schicht aus Siliciumnitrit besteht. Die untere Schicht besteht aus Siliciumdioxyd und ist auf der Oberfläche des Siliciumhalbleiters oder der Halbleiterscheibe angeordnet. Während eines einzigen genauen Ausrichtvorgangs werden alle notwendigen Öffnungen, die für die Herstellung des Halb— leiteraufbaus erforderlich sind, zur gleichen Zeit in den aus Siliciumnitrit bestehenden Teil der Maske eingeätzt. Nachdem die notwendigen öffnungen in der Siliciumnitritschicht angebracht sind, werden die notwendigen öffnungen innerhalb der in der Siliciumnitritschicht befindlichen öffnungen in dem darunterliegenden Siliciumdioxyd angebracht. Wenn z.B. die Diffusion eines Emitters notwendig ist, wird die SiIiciumdioxydschicht in der öffnung im Siliciumnitrit entfernt, die über dem Emitterbereich des Halbleiterträgers liegt, wobei dieses Siliciumdioxyd durch Ätzen entfernt wird. Während dieses Ätzvorgangs werden die übrigen Schichten aus Siliciumdioxyd innerhalb der Öffnungen im Siliciumnitrit durch Abdeckung vor dem Ätzmittel geschützt. Nachdem die Diffusion in der ersten, d.h. der dem Emitter zugeordneten öffnung ausgeführt ist, wird diese entweder metallisiert und anschliessend durch einen entsprechenden Schutzüberzug geschützt oder zunächst mit einem Schutzüberzug versehen und anschliessend metallisiert. Nachdem die erste öffnung nunmehr durch einen Schutzüberzug verschlossen ist, können die übrigen öffnungen in entsprechender Weise für die Diffusion bzw. die Metallisation des Halbleiterkörpers Verwendung finden. Dieses Verfahren für die Maskierung bei der Herstellung von Halbleiter-

- 3 - anordnungen

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anordnungen bietet den Vorteil, dass alle kritischen Ausrichtungen der Hasken, die vorher für die Metallisierung und das Anbringen der Metallkontakte erforderlich waren, entfallen.

Weitere Merkmale und. Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung hervor, die in sechs Figuren Verfahrens zustände bei einem Markierverfahren gemäss der Erfindung zeigt.

Das Maskierverfahren gemäss der Erfindung verwendet eine mehrschichtige Maske, bei welcher eine Siliciumnitritschieht als oberste Schicht mit öffnungen versehen ist, die bezüglich ihrer Ausrichtung auf entsprechende Bereiche des Siliciumträgers kritisch sind. Eine öffnung in dem aus der Siliciumnitritschicht bestehenden iDeil der Maske wird in Verbindung mit einer öffnung in dem. aus dem Siliciumdioxid bestehenden Teil der Maske, die unmittelbar darunterliegt, für einen Diffusions- und/oder einen nachfolgenden, Metallisationsschritt verwendet. Weitere öffnungen in der Silieiumnitritmaske werden in Verbindung mit weiteren, öffnungen in der unmittelbar darunterliegenden Siliciumdioxydschicht zu einem spateren Zeitpunkt für Diffusionen oder weitere Metallisationsschritte verwendet. Das Maskierverfahren selbst ent-™ hält nur eine einzige kritische Ausrichtung, und zwar den Ätzschritt für das Siliciumnitrit, welcher in der richtigen Position alle öffnungen festlegt, die eventuell den darunterliegenden Siliciumträger erreichen. Die Ausrichtung für alle lalle erfolgt also während einer Ätzung der Siliciumnitritschicht, Da damit alle öffnungen bis zum Siliciumträger durch die öffnungen in der Siliciumnitritschicht festgelegt sind, bestehen für die nachfolgenden Maskierschritte im wesentlichen keine kritischen Situationen.

- 4 - Gemäss

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Gemäss Fig. 1 ist die Siliciumscheibe 10 mit einem Diffusionsbereich 12 versehen, der herkömmlicherweise hergestellt sein kann. Eine Siliciumdioxydschicht 14 wird auf dem Halbleiterträger durch thermisches Wachsen oder pyrolithische Ablagerung in herkömmlicher Weise aufgebaut. Die Dicke dieser Siliciumdioxydschicht beträgt etwa 500 1 bis etwa 10000 £, wobei vorzugsweise eine Dicke von etwa 3000 Ä Verwendung finden kann. Über der Siliciumdioxydschicht wird eine Siliciumnitritschieht 16 aufgebaut, indem eine Mischung aus Silan, Ammoniak und Wasserstoff bei einer erhöhten Temperatur von etwa HOO⁰C über die Scheibe 10 geleitet wird. Die Siliciumnitritsehicht 16 wird sodann mit einer nicht dargestellten Siliciiaidioxydschicht derart überzogen, dass ein Muster entsteht, welches das Itzen der öffnungen 18, 20, 22, 24 und 26 in der Siliciumnitritschicht 16 in phosphoriger Säure zulässt. Dieses Anbringen der öffnungen 18, 20, 22, 24 und 26 ist kritisch bezüglich der Ausrichtung auf bestimmte Bereiche auf dem Siliciumträger 10. Diese Ausrichtung ist jedoch auch die einzige kritische während des gesamten Verfahrens. Nachdem die öffnungen 18 bis 26 geschaffen sind, wird die nicht dargestellte Siliciumdioxydschicht mit Fluorwasserstoffsäure entfernt. Diese öffnungen 18 bis 26 bestimmen die Lage und/ oder die öffnungen,durch welche alle Diffusionen und alle MetallisatioBSschritte am Siliciumträger 10 durchgeführt werden. So kann z.B. durch irgendeine oder auch alle öffnungen ein Diffusionsvorgang durchgeführt werden, wie auch durch irgendeine und/oder alle öffnungen eine Metallisation am Halbleiterträger durchgeführt werden kann.

In den Fig. 2 bis 6 sind einzelne Verfahrenszustände für Diffusionen durch die öffnungen 18, 22 und 26 und Metallisationen durch die öffnungen 18-{ 22, 24 und 26 dargestellt. Selbstverständlich kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel eine Diffusion auch durch die öffnungen 20 und 24 erfolgen, obwohl dies nicht einzeln erläutert ist.

- 5 - Wie

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Wie aus Fig. 2 erkennbar, wird eine Fotoresistschicht 28 auf der Siliciumnitritschicht 16 aufgebracht und einem bestimmten Muster entsprechend belichtet. Diese Fotoresistschicht bedeckt und füllt die öffnungen 20 sowie 24- und besitzt öffnungen 30, 32 und 34- in der aus Siliciumnitrit und Siliciumdioxyd bestehenden Schicht, durch welche diese freigelegt werden. Die Ausbildung der öffnungen in der Fotoresistschicht ist nicht kritisch, solange sie die öffnungen 18, 22 und 26 in der Siliciumnitritschicht freilegen. Für die Ätzung der Siliciumdioxydschicht 14 unter den. öffnungen 18, 22 und 26, um die öffnungen 30, 32 und 34- zu bilden, wird Flurwasserstoffsäure verwendet.

Gemäss den Fig. 2 und 3 wird die Fotoresistschicht 28 anschliessend entfernt und eine Emitterdiffusion durch die öffnung 34- vorgenommen, um einen Emitterbereich 33 auszubilden. Gleichzeitig werden Diffusionen auch durch die öffnungen 30 und 32 durchgeführt, um Verstärkungsbereiche 35 und 37 im Kollektor zu schaffen. Die Siliciumdioxydschicht 14 unter den Öffnungen 24 und 20 schützt den Basisbereich 12 während dieser Diffusionen.

Nachdem die Diffusionen durch die öffnungen. 30, 32 und 34 abgeschlossen sind, werden diese öffnungen erneut einer Ätzung mit Fluorwasserstoffsäure unterzogen, um jegliche Oxyde zu entfernen, die sich aufgrund der Diffusion niederschlagen. Anschliessend wird Metall auf der Silieiumnitritschicht niedergeschlagen, um die öffnungen 30, 32 und 34 zu füllen. Dieses Metall wird dann in herkömmlicher Weise geätzt und führt zu den Kollektorkontakten 36 und 38 sowie dem Emitterkontakt 40 gemäss Fig. 3.

Anschliessend wird Fluorwasserstoffsäure durch die öffnungen 20 und 24 der Siliciumdioxydschicht 14 zugeführt, um die öffnungen 42 und 44 in der Doppelschicht aus Siliciumnitrit und

- 6 - Siliciumdioxyd

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Siliciumdioxid zu schaffen. Ok diesen Ätzvorgang durchzuführen, wird die Siliciumscheibe 10 in die Fluorwasserstoffsäure getaucht. Der übrige Teil der Halbleiterscheibe wird von diesem Ätzschritt nicht beeinflusst. Ια Anschluss an diesen Verfahrensschritt kann es wünschenswert sein, durch die öffnungen 42 und 44 den Basisbereich 12 zu diffundieren. Wenn durch diese öffnungen keine Diffusion erfolgen soll, dann frsffw eine Glasschicht 46 über der gesamten Oberfläche einschliesslich der Siliciumnitritschicht 16,den Hetallkontakten 36, 58 und 40 sowie den öf indungen 42 und 44 gemäss Fig. 4 niedergeschlagen werden.

Auf dieser Glasschicht 46 wird dann eine Fotoresistschicht 48 angebracht, die durch Belichten mit einem bestimmten !foster sum Ätzen der Glasschicht 46 versehen wird, um neue öffnungen 50 und 52 in den Schichten 46 und 48 sowie den Schichten 16 und 14 gemäss Fig. 5 zu schaffen. Die Ausbildung dieser öffnungen in der Fotoresistschicht 48 ist nicht kritisch, solange sie nur die öffnungen 20 und 24 gemäss Fig. in der Siliciumnitritschicht freilegen. Die öffnungen 50 und 52 umfassen auch die öffnungen in der Glasschicht 46, der Fotoresistschicht 48 sowie die öffnungen 42 und 44 in der Siliciumnitritschicht 16 und der Siliciumdioxydschicht 14. Auch die öffnungen 50 und 52 sind nicht kritisch, da sie nur benotigt werden, um die öffnungen 42 und 44, wie bereits zuvor erwähnt, erneut zu offnen.

Anschliessend wird die Halbleiterscheibe gereinigt und die Fotoresistschicht 48 entfernt. Eine zweite Metallschicht 54 wird nunmehr aufgebracht und kann durch eine entsprechende Ätzung die Form gemäss Fig. 6 annehmen. Diese Metallschicht 54 dient der Xontaktgabe mit der Basis 12.

- 7 - Das

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Das Maskierverfahren unter Verwendung von zwei Sohichten, nämlich einer Siliciumnitritschicht und einer Siliciumdioxydschicht als Maske lässt eine Vielzahl von Diffusions- und Metallisationsschritten zu, wobei nur eine einzige kritische Ausrichtung während des Maskierverfahrens erforderlich ist, und zwar, wenn die öffnungen in die Siliciumnitritschicht der Maske geätzt werden.

- 8 - Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Maskierverfahren zur Herstellung von HalbleiteranDrdnungeiL, wobei eine Siliciumdioxydschicht auf der OberiTläche ©ines Halbleiterkörpers angebracht wird, dadurch gekennz ei chnet, dass über der Siliciumai.t23c^is-chich.t eine Siliciumnitritschicht angeordnet wird, in welche eine Vielzahl von öffnungen eingeätzt wird, dass in zumindest einer der öffnungen der SiIieiumaitritschicht die darunterliegende Siliciumdioxydschicht weggeätzt wird, dass auf den Halbleiterkörper durch die freigelegte öffnung ein Material aufgebracht wird, dass die Siliciumdioxydschicht in zumindest einer weiteren öffnung der Siliciumnitritschicht weggeätzt wird, und dass ein Material durch die weitere öffnung auf die Oberfläche des Siliciumkörpers aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Halbleiterkörper durch zumindest die eine öffnung ein Dotierungsmaterial eindiffundiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall durch die zumindest eine öffnung auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zumindest eine weitere öffnung ein Dotierungsmaterial in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, dass durch die zumindest eine weitere öffnung ein Metall auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, dass über der Siliciumnitritschicht eine Fotoresistsehicht angeordnet wird, die im Bereich der zumindest einen Öffnung entfernt wird, um diese für die Ätzung der darunterliegenden Siliciumdioxydschicht freizulegen, dass die Fotoresistsehicht von der Siliciumnitritschicht entfernt wird und das gewünschte Material durch die Öffnung auf die Oberfläche des Siliciumkörpers aufgebracht wird.

7· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entfernen der Fotoresistsehicht von der Siliciumnitritschicht ein Dotierungsmaterial durch die eine öffnung in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, dass ein Metall auf der Siliciumnitritschicht und in der ersten öffnung abgelagert und durch entsprechende Ätzung ein Metallkontakt in der ersten öffnung mit dem Siliciumkörper hergestellt wird, dass die Siliciumdioxydschicht in der zumindest einen weiteren öffnung der Siliciumnitritschicht weggeätzt wird und eine Glasschicht über die Siliciumnitritschicht und den Metallkontakt aufgebracht wird, dass auf der Siliciumdioxydschicht eine Fotoresistsehicht angeordnet wird, die im Bereich der weiteren öffnung für die Ätzung der Siliciumdioxydschicht in der zweiten öffnung entfernt wird, und dass ein Metall in der zweiten öffnung auf den Siliciumkörper aufgebracht wird.

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