DE2152057A1

DE2152057A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus

Info

Publication number: DE2152057A1
Application number: DE19712152057
Authority: DE
Inventors: Barone Frank Joseph; Tolliver Donald Leonard
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1970-10-19
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1972-06-22
Also published as: NL7114157A; US3759762A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71, 19. Okt. 19?1 Melchloretr. 42

Unser Zeichen: M239P-652

Motorola, Inc.

?ΛΟ1 West Grand Avenue

Franklin Park, Illinois

V.St.A.

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus, wobei auf der Oberfläche eines Halbleitermaterials eines ersten Leitfähigkeitstyps eine erste Maske mit Öffnungen zum Freilegen eines Teils der Oberfläche angebracht wird und durch diese Öffnungen eine bereichsweise Diffusion des Halbleitermaterials erfolgt.

Die Herstellung von Halbleiteranordnungen im allgemeinen und flachliegenden Grenzschichten bei integrierten Schaltkreisen im speziellen wirft immer wieder Probleme auf, wenn derartige Halbleiteraufbauten mit bekannten Verfahren hergestellt werden. Die Ausbildung niederer Schichtwiderstände oder Widerstandselemente mit hoher Leitfähigkeit ist aufgrund vieler Faktoren verhältnismässig kompliziert. Eine der Schwierigkeiten besteht darin, dass Bor ein Störstellenmaterial ist, das für die Herstellung von Widerstandselementen verwendet wird. Die Stör-

Fs/wi Stellenkonzentration

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Stellenkonzentration bestimmt den Schichtwiderstand, und je mehr die Störstellenkonzentration ansteigt, umso mehr nimmt der Schichtwiderstand ab. Die Herstellung von Widerstandselementen mit hoher Storstellenkonzentration ist in der Regel nicht der letzte Verfahrensschritt bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, und in der Tat ist es üblich, zumindest eine, wenn nicht mehrere passivierende Schichten individuell oder in Verbindung mitteinander über dem Halbleiterträger anzubringen, der ein bordiffundiertes Widerstandselement enthält.

Um den Widerstandswert solcher Widerstands elemente mit flacher Grenz schicht struktur innerhalb eines wiederholbaren und vorhersagbaren Bereiches zu halten, hat sich ergeben, dass verhältnismässig niedere Temperaturen für die Ausbildung der passivierenden Schicht vorteilhaft sind. Bei der Verwendung höherer Temperaturen diffundiert das Bor vom Halbleiterträger in die passivierenden Schichten und verringert die Storstellenkonzentration, wodurch der Widerstandswert ansteigt. Obwohl die sich dabei ergebenden Halbleiterelemente in der Hegel trotz der neuen Werte für die Widerstandselemente noch arbeiten, können jedoch die gewünschten charakteristischen Werte nicht mehr eingehalten werden. Dies ist besonders immer dann der Fall, wenn die Widerstandswerte unterhalb 150 Ohm pro Quadrat liegen. Die Temperatur wird innerhalb eines Bereiches von 400°C bis 500⁰G gehalten, wobei sich die besten Resultate bei einer Temperatur zwischen 425⁰G und 450⁰G ergeben.

Der Basisbereich einer aktiven Halbleiteranordnung wird in Verbindung mit dem erwähnten Wi der stands element in einfachster Weise durch eine Diffusion mit Bor geschaffen. Obwohl der Widerstandswert des Basisbereiches grosser ist als der Widerstandswert des Widerstanäselementes, wird durch die Hefstellung der beiden "Bereiche eine Boroxydschicht auf derjenigen Seite des Halbleiterträgers ausgebildet, von welcher aus die

- 2 - Diffusion

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Diffusion erfolgt, d.h. die Boroxydschicht wird automatisch während der Bordiffusion ausgebildet.

Diese Boroxydschicht muss Jedoch entfernt werden, da sie sich nicht mit dem Auswaschverfahren für den Emitter verträgt. Dieses Auswaschverfahren ist in der US Anmeldung Nr. 813 105 vom 3- April 1969 beschrieben.

Das Entfernen der Boroxydschicht von der Oberfläche des Halbleiterträgers einschliesslich dem Basis-Kollektorübergang ist verhältnismässig kritisch, da dieser Basis-Kollektorübergang im fertiggestellten Transistor ein aktiver Übergang sein soll und seine Verunreinigung, die sich aus der Atmosphäre, der Umgebung oder aufgrund elektrischer Verunreinigungen, z.B. einer überschüssigen Ladung, ergeben kann·; , verhindert werden muss.

Insbesondere wird der Kollektorwiderstand, der in der Grössenordnung von 0,3 Ohm cm liegt, von der Oberflächenladung beeinflusst, die die charakteristischen Werte des Halbleiterelementes verschlechtert. Es ist daher wünschenswert, dass die gesamte auf der Oberfläche zurückbleibende Ladung Null ist, d.h. sich ein neutraler Ladungszustand einstellt. Eine negative Ladung an der Grenzschicht mit der passivierenden Schicht bewirkt einen Kanalbereich für den N-leitenden Kollektor, während zuviel positive Ladung an der Grenzschicht mit der passivierenden Schicht einen Kanalbereich für die Basis darstellt.

Die Stabilisierung von Halbleiteranordnungen einschliesslich der Grenzschichtladung wird für die erwartete Lebensdauer des Halbleiteraufbaus durch ein Glühverfahren festgelegt. Jedoch wird durch eine zu hohe Glühtemperatur ein Ausdiffundieren der Bor-Störstellen aus dem Widerstandselement verursacht. Deshalb soll der Ausglühprozess die Ausbildung des Widerstandselementes und die Herstellung von Oxydschichten bei niederer Temperatur ergänzen.

- 3 - Bisher

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Bisher bekannte Techniken lassen die Herstellung von Halbleiteranordmingen mit flachliegenden Grenzschichten unter 1 /um und mit Widerstandswerten für Widerstandselemente unter 15O Ohm pro Quadrat nicht zu. Fach einem typischen bekannten Verfahren wird ein thermisches Oxyd über dem Widerstand und dem Basisbereich aufgewachsen. Sobald dieses thermische Oxyd eine bestimmte Dicke erreicht, wird eine Emitteröffnung für die Emitterdiffusion in der Oxydschicht angebracht. Diese thermische Oxydation verhindert das Beibehalten der Basis- und Widerstandswerte innerhalb bestimmter Grenzen, da verhältnismässig hohe Temperaturen für das thermische Aufwachsen der Oxydschicht erforderlich sind, und verursacht ein Ausdiffundieren der Störstellen aus dem Basis- und Widerstandsbereich,'wodurch sich eine Erhöhung der Widerstandswerte ergibt. Nach einer weiteren bekannten Technik wird die Emitterdiffusion mit Phosphor durchgeführt, um eine bestimmte Leitfähigkeit zu erhalten. Wenn eine Emittertiefe von etwa 0,5/um beispielsweise gewünscht wird, bildet sich über dem mit Phosphor zu dotierenden Bereich eine phosphordotierte Siliciumdioxydschicht von nur etwa 500 δ oder sogar geringerer Dicke. Diese phosphordotierte Siliciumoxydschicht liegt also in der Diffusionsöffnung der Maske. Allgemein bekannte Forderungen für die Verwendung von phosphordotierten Oxydschichten als isolierende bzw. stabilisierende Schichten fordern eine Schichtdicke zwischen etwa 2000 und etwa 3000 S.. Daher ist eine Phosphordiffusion nach der bekannten Art in Verbindung mit der gewünschten Herstellung flachliegender Grenzschichten, und zwar kleiner als 1 /um, nicht möglich, wenn gleichzeitig eine phosphordotierte Oxydschicht geschaffen werden soll, die dicker ist als 500 Ä.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von phosphordotierten Oxydschichten mit einer Dicke von 2000 bis 3000 Ä auf einem Halbleiterträger mit einem Basisbereich empfehlen die Verwendung eines herkömmlichen Fotoresist-Maskierungsverfahrens,

- 4- - indem

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indem eine Emittermaske gebildet wird und in diese zuerst eine Emitter-Diffusionsöffnung und anschliessend eine erneute Öffnung durch. Ätzen über dem Emitterbereich eingeschnitten werden muss, um den Emitter kontaktieren zu können.

Dieses Verfahren ist nicht einfach dazu zu verwenden, um eine Emitteröffnung herzustellen, die weniger als 3,0 /um Breite hat. Da das zuvor erwähnte Auswaschverfahren die Notwendigkeit der zweiten Öffnung über dem Emitterbereich für die elektrische Kontaktierung nicht mehr benötigt, ist die Verwendung dieses Verfahrens besonders wünschenswert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteraufbaus zu schaffen, das insbesondere für die Herstellung integrierter Schaltkreise für hohe Frequenzen und niedere Leistungen geeignet ist. Mit diesem Verfahren sollen Widerstandselemente mit niederen Widerstandswerten gleichzeitig mit anderen aktiven Halbleiteranordnungen herstellbar sein. Dabei soll durch geeignete Massnahmen dafür Sorge getragen werden, dass mit verhältnismässig niederer Temperatur hergestellte passivierende Schichten gut auf dem Halbleitermaterial haften und die Halbleiteranordnung in verhältnismässig engen Grenzen die gewünschten charakteristischen Werte einhält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass durch die Diffusion ein erster Bereich in einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit einer Störstellenkonzentration zwischen etwa 5 x 10 °Atome/cnr bis etwa 5 χ 10 Atome/cnr überführt wird, dass über dem freigelegten Teil der Oberfläche eine zweite Maske bei einer Temperatur zwischen etwa 35O⁰C und etwa 500⁰C ausgebildet wird, dass die zweite Maske bei einer Temperatur von etwa 975°C für etwa 20 Minuten geglüht wird, und dass die Störstellenkonzentration im ersten Bereich durch das Glühen innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 3 x 10 ^Atome/cnr

- 5 - und

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und etwa 3 χ 10 Atome/cnr gehalten und die zweite Maske verdichtet wird.

Die Aufgabe lässt sich auch dadurch lösen, dass durch die Diffusion ein erster Bereich in einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit einer Storstellenkonzentration grosser als 1 χ 10 "Atome/cnr überführt und gleichzeitig eine zweite Maske über dem Halbleiteraufbau ausgebildet wird, dass durch eine zweite, in der ersten und zweiten Maske angebrachten öffnung ein zweiter Bereich durch eine Diffusion in einen entgegengesetzten Leibfähigkeitstyp mit einer Storstellenkonzentration ™ zwischen etwa 5 x 10 ^Atome/cm bis etwa 5 x 10 Atome/cnr überführt und gleichzeitig eine dritte Maske über der zweiten Maske und dem zweiten Bereich ausgebildet wird, dass die erste, zweite und dritte Maske vom Halbleiteraufbau entfernt und die freigelegte Oberfläche einem Reinigungsprozess unterzogen wird, um eine negative Oberflächenladung zwischen etwa +1 und etwa +20 YoIt auszubt.ilden, dass die gereinigte Oberfläche in einer Flüssigkeit, vorzugsweise aus Aceton oder Isopropylalkohol bzw. Methylalkohol weiterbehandelt wird, um nach dem Reinigungsprozess auf der Oberfläche des Halbleitermaterials verbliebene Materialien zu absorbieren, dass über dem Halbleiteraufbau eine vierte Maske bei einer Temperatur zwischen etwa 425⁰C und etwa 450⁰C angebracht und mit einer dritten öffnung versehen wird, durch welche Teile des ersten Bereiches in einen dritten Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp durch Diffusion überführt werden, welche bei einer Temperatur von etwa 975⁰C für 20 Minuten wirksam ist und eine dünne" - schützende Schicht automatisch über dem dritten Bereich ausbildet, dass von der dünnen schützenden Schicht und der vierten Maske ein über dem zweiten Bereich liegender Teil entfernt und an diesem ein ohmischer Kontakt angebracht wird, und dass die dünne schützende Schicht über dem dritten Bereich in kontrollierter Weise entfernt und dieser Bereich ebenfalls mit einer ohmischen Kontaktverbindung versehen wird.

- 6 - Weitere.

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Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen»

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung hervor. Es zeigen:

Fig. 1 einen Halbleitafcräger, auf dem eine epitaxial e Schicht und eine erste thermische Oxydschicht angeordnet ist;

Fig. 2 die Ausbildung eines flachen Basisbereiches sowie einer zusätzlichen bordotierten thermischen Oxydschicht;

Fig. 3 die Ausbildung eines flachliegenden Übergangs mit niederem Widerstandswert für ein Widerstandselement;

Fig. 4- den Aufbau gemäss Fig. 3 nach der Beseitigung der Oxydschichten;

Fig. 5 den Aufbau nach einem pyrolithisehen Aufbringen einer ersten Siliciumdioxydschicht und einer zweiten phosphordotierten Siliciumdioxydschicht;

Fig. 6 die Anordnung der Emitteroffnung;

Fig. 7 die Emitterdiffusion nach dem Entfernen der Fotoresistschicht ;

Fig. 8 die Ausbildung von öffnungen über dem Basisbereich und dem Widerstandselement;

Fig. 9 den Halbleiteraufbau nach dem Entfernen der dünnen Siliciumdioxydschicht mit Hilfe einer Auswaschtechnik;

- 7 - Fig. 10

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Pig. 10 den Halbleiteraufbau nach der Metallisierung und Kontaktierung des Emitter- und Basisbereich.es sowie des Widerstandselementes.

Die nachfolgend im Beispiel beschriebene Erfindung befasst sich mit der Ausbildung dotierter Bereiche in der Oberfläche eines Halbleiterkörpers, wobei, diese Bereiche Störstellenkonzentrationen zwischen etwa 1 χ 10 ^Atome/cm bis etwa 5 x 10 Atome/cm aufweisen können. Diese dotierten Bereiche können als Widerstandselemente oder auch als Basisbereiche Verwendung finden und werden auf ihrer Oberfläche einem Reinigungsprozess unterzogen, um eine neutrale Grenzschichtladung zu erzielen. Diese dotierten Bereiche werden bei niederer Temperatur mit passivierenden Schichten überzogen, wobei in einen der dotierten Bereiche eine weitere Dotierung durch Diffusion eingeführt wird. Die derart aufgebaute Halbleiteranordnung wird anschliessend geglüht, um die passivierenden Schichten zu verdichten und die elektrischen Eigenschaften der Halbleiteranordnung zu stabilisieren.

Für das beispielsweise beschriebene Ausführungsbeispiel dient als Ausgangsmaterial gemäss Pig. 1 ein Halbleiterträger 14. Das Halbleitermaterial kann aus einem der bekannten Materialien, wie Silicium, Germanium, Galliumarsenid u.s.w. bestehen. Im vorliegenden Beispiel wird von Silicium ausgegangen, wobei angenommen wird, dass der Halbleiterträger 14 P-leitend ist. Der Halbleiterträger kann jedoch auch aus einem Η-leitenden Material bestehen. Auf der Oberfläche 18 der epitaxialen Schicht 16 wird eine thermische Oxydschicht 20 angebracht, die der Passivierung der Oberfläche 18 dient. Diese thermische Oxydschicht besteht im vorliegenden Beispiel aus Siliciumdioxyd.

In Pig. 2 ist in der thermischen Oxydschicht 20 eine Basisöffnung 22 zu erkennen, durch welche der darunterliegende

- 8 - Bereich

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Bereich 24 bei etwa einer (Temperatur von 95O⁰G mit Bor dotiert wird, xtm eine Störstellenkonzentration im Bereich von etwa

ι q -ζ -ι α Ti

1 χ 10 ^Atome/ciir bis etwa 5 χ 10 'Atome/cnr zu bewirken, so dass sich ein Übergang 26 zur epitaxialen Schicht 16 hin ergibt» Dieser Übergang 26 liegt vorzugsweise 1,um unter der Oberfläche 18, jedoch sind auch Tiefenabmessüngen zwischen etwa I₁A-yim bis 0$4/ύαί zweökmässig. Wahrend der erwähnten Diffusion wird eine BöröXydschicht 28 mit einer Dicke vöh etwa 3 i aufgebaut« Der Basisbereich 24 wird zu diesem Zeitpunkt ausgebildet ι da der Widerstandswert in der Regel grosser ist als der wid§rstand§wert (jedes weiteren später ausgebildeten Bereiches und normalerweise Über etwa 150 Ohm pro Quadrat liegt* - -

G-emass Fig« 3 wird in der thermischen Oxidschicht 20 uüd der Boroxydschicht 28 eine Widerstandsöffnung 30 angebracht_f um den Teil 32 der Oberfläche 18 freizulegen. Mit Hilfe einer zweiten Bordiffusion, die bei einer Temperatur von etwa 95O⁰C bis etwa 1000⁰O und vorzugsweise bei 975⁰G für eine Zeitdauer von 25 Minuten ausgeführt wird, wird ein Widerstandsbereich 34 geschaffen, der eine Störstellenkonzentration von etwa 1.x 10 Atome/cm⁵ bis etwa 5 χ 10 Atome/cnr aufweist und vorzugsweise eine Störstellenkonzentration von etwa 3 χ 10 Atome/cnr besitzt. Damit lassen sich Widerstände herstellen, die einen anfänglichen Schichtwiderstand von etwa 44 0hm pro Quadrat und einen Endwiderstand von etwa 50 0hm pro Quadrat aufweisen. Dieser Widerstandsbereich 34 besitzt einen Übergang 36 zur epitaxialen Schicht 16.

Das Entscheidende der Erfindung liegt nicht in den absoluten für die Widerstände gewählten Werten, sondern in der Kombination eines relativ niederen Widerstandswertes, und zwar unter 150 0hm pro Quadrat,und dem nachfolgenden Schritt der Aufbringung passivierender Schichten bei niederer Temperatur sowie dem abschliessenden Glühen zum Stabilisieren der Ladung auf

- 9 - ■ der

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der Oberfläche 18 und zum Verdichten der isolierenden "bzw. passivierenden Schichten.

Während der Ausbildung des Widerstandsbereiches 34 wird eine zweite Borschicht 38 aufgebaut, die einstückig an die Schicht 28 anschiiesst und von dieser nicht mehr zu unterscheiden ist. Gemtss fig. 4 werden* die Schichten 20* 28 und 38 entfernt, so dass nur noch der HaTbleiteraiifbäu mit dem Traget 14· der epitaxial en Schicht 16 und den darin angebrachten dotierten Bereichen 24 und 34 zurückbleibt.

Der nachfolgende Reinigungsprozess ist besonders kritisch, da ohne eine ausreichende Reinigung sieh überschüssige^ Ladung ätif der Oberfläche 18 ansammelt. Obwohl eine Vielssahl von Beiiiigungsverfahren bekannt sind, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verwendung finden können, die : ' die Herstellung eines Widerstandselementes mit niederem Widerstandswert sowie die Ausbildung von passivierenden Schichten bei niederer Temperatur und das Glühen der Halbleiteranordnungen vorsieht, wird der nachfolgende Reinigungsprozess bevorzugt, um auf der Oberfläche 18 eine geringe negative Ladung in der Silicium-Siliciumoxya-Grenzschicht herzustellen, die in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 40 angedeutet ist. Diese Grenzschicht 40 bildet sich aus zwischen der Oberfläche 18 und der darauf angeordneten passivierenden Schichten. Die erwähnte negative Ladung bewirkt eine geringe positive Ladung in der Schicht 16 unmittelbar unter der Oberfläche 18. Wenn die negative Grenzschi entladung, wie sie sich mit einem Kapazitäts-Spannungsverfahren errechnet, gross genug ist, wird eine ausreichend hohe kompensierende positive Ladung unmittelbar unterhalb der Oberfläche verursacht, so dass dieser Bereich unter der Oberfläche als Kanal wirksam wird und die Wirkungsweise der Halbleiteranordnung verschlechtert, indem der Wirkung nach ein Kurzschluss auf dem Kollektorbereich der Halbleiteranordnung verursacht wird. Die Verschiebung der Q^g-Kurve von einer NuIl-

- 10 - läse

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lage in positiver Richtung, und zwar in Bereichen zwischen +1 und +20 Volt, hat sich als zweckmässig erwiesen, wobei weniger als 10 Volt zu bevorzugen sind. Diese positive Verschiebung wird dadurch erreicht, dass die Halbleiteranordnung gemäss Fig. 4- in eine etwa 48-prozentige Lösung aus Fluorwasserstoffsäure gebracht wird und darin bei einer Temperatur von etwa 27⁰C für 1 Minute gehalten wird. Anschliessend wird der Halbleiteraufbau mit entionisiertem Wasser für etwa 5 Minuten gewaschen, wobei das Wasser ebenfalls auf einer Temperatur von etwa 27⁰G gehalten wird. Daran anschliessend wird der Halbleiteraufbau in reine Salpetersäurelösung getaucht, die kocht und im kochenden Zustand 5 Minuten gehalten wird. Daran schliesst ein weiteres Waschen in entionisiertem Wasser bei Baumtemperatur von vorzugsweise ebenfalls 27⁰O für 5 Minuten an, um den Halbleiteraufbau für die anschliessende Behandlung in reiner Chromsäure vorzubereiten. Die Behandlung mit der Chromsäure dauert etwa 5 Minuten, wobei die Säure auf einer Temperatur von etwa 100⁰C während dieses Reinigungsschrittes gehalten wird. Abschliessend wird der Halbleiteraufbau nochmals in entionisiertem Wasser für etwa 5 Minuten gewaschen und gereinigt, wobei dieses Wasser wiederum auf einer Temperatur von etwa 27⁰C gehalten wird. Zwischen den vorausstehend erwähnten einzelnen Verfahrensschritten während der Reinigung wird der Halbleiteraufbau gegen atmosphärische und Umgebungseinflüsse geschützt.

Da die Oberfläche 18 sehr empfindlich gegen die Einwirkung von Luft ist und durch diese ungünstig beeinflusst wird, darf nur eine geringe Zeit vergehen zwischen der vorausstehend erwähnten Reinigung und dem anschliessenden Aufbringen der beiden nachfolgend beschriebenen Schichten. Jedoch wird vorher die gereinigte Oberfläche in Aceton getaucht, um chemisch von der Oberfläche 18 restliche Anteile des zum Waschen benutzten Wassers zu entfernen. Das hierfür benutzte Aceton muss von entsprechender Qualität sein und weniger als 5% Wasser enthalten.

- 11 - . Da

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Da Aceton ein organisches Lösungsmittel ist, bleiben gewisse Rückstände auf der Oberfläche 18, wenn es verdampft. Daher wird bevorzugt, das Aceton in einem Strom gasförmigen Stickstoffes wegzutrocknen. Es ist nicht völlig klar, jedoch werden offensichtlich in dem nachfolgenden und nachfolgend beschriebenen Glühprozess die Acetonrückstände in den passivierenden Schichten absorbiert, so dass sie dadurch unschädlich werden. Als Ersatz für Aceton wurden auch mit Isopropylalkohol und Methylalkohol akzeptierbare Ergebnisse erzielt.

Auf der gereinigten Halbleiteranordnung wird gemäss Fig. 5 eine Oxydschicht 41 bei einer ersten niederen Temperatur ausgebildet, wobei z.B. die epitaxiale Schicht 16 einem Strom eines Gasgemisches aus Sauerstoff und Silan bei atmosphärischem Druck und einer verhältnismässig niederen Niederschlagstemperatur ausgesezt wird, wobei diese Niederschlagstemperatur zwischen etwa 35O⁰C und etwa 500⁰C liegen kann. Vorzugsweise wird eine Niederschlagstemperatur von etwa 425°C bis etwa 450⁰C verwendet. Ans'chliessend wird eine phosphordotierte Oxydschicht 42 über der Oxydschicht 41 angebracht, indem die Oberfläche dieser Oxydschicht 41 einem Gasstrom aus Silan, Phosphin und Sauerstoff bei atmosphärischem Druck und einer verhältnismässig niederen Niederschlagstemperatur ausgesetzt wird, wobei die Temperatur etwa zwischen 425⁰C und 450°C liegen kann. Die Oxydschicht 41 kann eine Dicke von etwa 5OOO % haben, wogegen die phosphordotierte Oxydschicht 38 zweckmäs si gerweise zwischen I5OO % und 3000 ?l Dicke liegt und vorzugsweise etwa 2000 2. Dicke besitzt.

Nach dem Aufbringen der Oxydschicht 41 sowie der phospordotierten Oxydschicht 42 bis zu einer Dicke von insgesamt etwa 0,7/um wird eine Fotoresistmaske 43 über der phosphordotierten Oxydschicht 42 in herkömmlicher Weise angeordnet. In der Fotoresistmaske 43 ist eine Öffnung 44 vorgesehen, durch welche die freigelegten Bereiche der Oxydschichten

- 12 - gemäss

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gemäss fig. 6 in einem geeigneten Ätzmittel weggeätzt werden. Als Ätzmittel kann verdünnte Fluorwasserstoffsäure Verwendung finden.. Nach, dem Freilegen des Oberflächenbereiches 45 der epitaxialen Schicht 16 wird die Fotoresistschicht 43 wiederum von der Oberfläche der phosphordotierten Oxydschicht 42 entfernt.

Anschliessend wird eine" Störstellendotierung im Basisbereich.

24 vorgenommen, um einen Bereich mit entgegengesetzter Leitfähigkeit zu schaffen, d.h. im vorliegenden Beispiel einen N-leitenden zweiten Bereich bzw. Emitterbereich 46 auszubilden. Hierfür wird normalerweise ein Diffusionsverfahren verwendet, womit der Emitterbereich z.B. durch. Phosphordotierung ausgebildet wird.

Diese Diffusion für die Herstellung des Emitters bewirkt gleichzeitig auch das bereits erwähnte Glühen, um die passivierende Schicht bzw. die Schichten zu verdichten und zu stabilisieren, und um die gewünschte Ladungsdichte an der Grenzschicht 40 zu fixieren. Es ist offensichtlich, dass eine Vielzahl von Zeit- und Temperaturkombinationen möglieb, sind, um die Merkmale der Erfindung zu verwirklichen. So kann z.B. das Glühen mit Temperaturen von etwa 900⁰G während einer Zeitdauer von etwa 35 "bis 4-0 Minuten bis etwa 1000⁰C während einer Zeitdauer von 1 bis 2 Minuten erfolgen. Es hat sich jedoch ergeben, dass das Glühen vorzugsweise bei etwa 975⁰C für 15 bis

25 Minuten besonders zweckmässig ist. Während der Diffusion des zweiten oder Emitterbereich.es 46 bildet sich eine dünne Schicht 50 gemäss Fig. 7 aus Phosphorsilikatglas von etwa 350 bis etwa 500 S. Dicke aufgrund der geringen Diffusionstiefe für den Emitterbereich. 46 sowohl auf der Oxydschicht 42 und über dem Emitterbereich aus. Dieser flache Emitterbereich ist notwendig, um hohe Ums cha3:tges chwindi gke it en für den Transistor zu erhalten und führt dazu, dass sich während des Diffusionsvorgangs nur eine Schicht aus Phosphorsilikatglas mit

- 13 - dieser

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Diese dünne Schicht aus Phosphorsilikatglas 50 wird anschliessend mit einer Fotoresistmaske überzogen, die mit entsprechenden Öffnungen versehen ist, um durch dieöe die darunterliegende dreifache Oxydschicht aus den Schichten 4-1, 42 und 50 in einem nachfolgenden It ζ vor gang entfernen zu können.

Bei diesem Itzvorgang, der mit verdünnter Fluorwasserstoffsäure ausgeführt werden kann, werden die Öffnungen 58 und 59 gemäss Fig. 8 hergestellt. Gleichzeitig sollten mit diesem Itzvorgang alle übrigen P-leitenden Bereiche der Halbleiteranordnung, die nicht dargestellt sind und die mit Kontakten . versehen werden sollen, freigelegt werden. Wie nämlich vorausstehend erwähnt, sollen der Transistor und der Widerstand,anhand dessen die Erfindung beschrieben wird, nur zwei einer Vielzahl von aktiven und passiven Schaltkreiskomponenten darstellen, die alle gleichzeitig im Eahmen einer monolithisch integrierten Schaltung hergestellt werden. Nachdem die Öffnungen 58 und 59 in den Oxydschichten.41, 42 und 50 gemäss Fig. 8 angebracht sind, wird die Fotoresistschicht wieder entfernt, wofür herkömmliche bekannte chemische Mittel Verwendung finden können. Anschliessend wird durch eine gesteuerte Ätzung der dünnen Schicht 50 aus Phosphorsilikatglas eine Emitteröffnung 44 gemäss Fig. 9 hergestellt, wobei erneut ein Fotoresistverfahren Verwendung finden kann. Damit ist auch der Emitterbereich für eine nachfolgende Metallisierung freigelegt.

Die kontrollierte Ätzung, um die dünne Schicht 50 aus Phosphorsilikatglas zu entfernen, kann unter Verwendung der nachfolgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden. Zunächst wird die Schicht 50 für etwa 5 Minuten mit Chromsäure behandelt und anschliessend in entionisiertem Wasser gewaschen.

- 14 - Daran

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Daran schliesst sich eine Ätzung mit einem Ätzmittel an, das industriell unter der Bezeichnung "Itzlösung 1514-" bekannt ist, wobei dieses Ätzmittel etwa 5 bis 10 Sekunden auf die Schicht 50 einwirkt. Dieses Ätzmittel 1514 umfasst 15 Teile einer gesättigten Ammoniumfluoridlosung, 1 Teil Fluorwasserstoff und 4 Teile Wasser. Die Ätz geschwindigkeit dieses Lösungsmittels 1514 beträgt etwa 8 bis 10 2. pro Sekunde für Siliciumdioxydschichten, die mit einer hohen Temperatur thermisch aufgebaut sind. Anschliessend wird der in Fig. 8 dargestellte Halbleiteraufbau in Salpetersäure gereinigt, wofür er etwa 5 Minuten in dieser Salpetersäure verbleibt. Daran schliesst ein Waschen in entionisiertem Wasser und eine erneute Ätzung für etwa 5 weitere Sekunden im Ätzmittel 1514 an* Abschliessend wird der Halbleiteraufbau gemäss Fig. 8 erneut in extrem reinem entionisiertem Wasser gewaschen, womit der Halbleiteraufbau gemäss Fig. 9 entstanden ist.

In Fig. 10 wird der Halbleiteraufbau dargestellt, nachdem ein Emitterkontakt 62 sowie ein Metallisationsstreifen 64, der den Basisbereich 24 des Transistors mit dem daneben diffundierten Widerstandsbereich 34 verbindet, hergestellt ist. Der Metallisationsstreifen 64, der üblicherweise Aluminium sein kann, wird auf die Oxydschichten 41 und 42 aufgedampft. Damit entsteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Basisbereich 24 und dem diffundierten Widerstandselement 34, wobei dieser Metallsiatxonsstreifen gegen die Halbleiteranordnung durch die Oxydschichten 41 und 42 isoliert ist.

Das vorausstehend beschriebene Verfahren ist nicht auf die Herstellung von bipolaren Transistoren beschränkt. Es kann vielmehr auch zur Herstellung von Feldeffekttransistoren Verwendung finden. Dabei würde der Herstellung des Basisbereiches 24 beim bipolaren Transistor die Herstellung des Kanalbereiches beim Feldeffekttransistor entsprechen. Der Ausbildung.des Emitterbereiches" 46 beim bipolaren Transistor würde die Aus-

- 15 - bildung

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bildung der Torbereiche beim Feldeffekttransistor entsprechen. Das Metallisationsmuster würde offensichtlich beim Feldeffekttransistor verschieden gestaltet sein, da der dem Basisbereich 24- entsprechende Kanalbereich beim Feldeffekttransistor zwei Kontaktanschlüsse für den Quell- und Senkenbereich benötigen würde. Dies liegt jedoch im Rahmen herkömmlicher Herstellungsverfahren.

Für die Herstellung der Fotoresistmasken kann das unter dem Namen KMEH bekannte Material Verwendung finden, jedoch sind auch andere Maskiermaterialien für Oxydschichten bekannt, die in gleicher Weise Verwendung finden können.

Die Diffusionsmasken, die gemäss der Erfindung Verwendung finden, dienen dem Zweck, das sich seitliche Ausdehnen der Störstellen im Halbleiterkörper zu begrenzen und müssen nicht notwendigerweise aus Oxydschichten bestehen. Es sind viele nitrid- und phosphordotierte Gläser bekannt, wie z.B. Phosphorsilikatglas, die als Diffusionsmasken Verwendung finden können.

- 1-S - Patentansprüche

Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiteräufbaüs, wobei auf der Oberfläche eines Halbleitermaterials eines ersten Ijeitfähigkeitstyps eine erste Maske mit öffnungen zum freilegen eines Teils der Oberfläche angebracht/unii* durch diese öffnungen eine bereichsweise Diffusion des Halbleitermaterials erfolgt, dadurch gekennz e i c hne't, dass durch die Diffusion ein erster Bereich (34) in einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit einer Störsteilenkonzentration zwischen etwa 5 x 10 Atome/cm bis etwa 5 x 10 Atome/cm* überführt wird, dass über dem freigelegten Teil der Oberfläche eine zweite Maske bei einer Temperatur zwischen etwa 35O⁰O und etwa 500⁰C ausgebildet wird, dass die zweite Maske bei einer Temperatur von etwa 975°0 für etwa 20 Minuten geglüht wird, und dass die Störstellenkonzentration im ersten Bereich durch das Glühen innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 3 x 10 'Atome/ciir und etwa 3 x 10 Atome/cm gehalten und die zweite Maske verdichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbilden der zweiten Maske eine erste Schicht aus Siliciumdioxyd bei Temperaturen zwischen etwa 425⁰C und 450⁰C und eine phosphordotierte zweite SiUciumdioxydschicht bei Temperaturen zwischen etwa 425⁰C und 450⁰C gebildet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichn et, dass das die Störstellenkönzentration bestimmtende Material Bor ist.
4* Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich ein Widerstandselement darstellt, das eine Störstellenkonzen-

20 ^5 tration von etwa 1 χ 10 Atome/cm^ hat.
5- Verfahren zur Herstellung eines Harbleiteraufbaus, wobei auf der Oberfläche eines Halbleitermaterials eines ersten LeitfähigMtstyps eine erste Maske mit Öffnungen zum Freilegen eines Teils der Oberfläche angebracht und durch diese Öffnungen eine bereichsweise Diffusion des Halbleitermaterials erfolgt, dadurch gekennz eichnet, dass durch die Diffusion ein erster Bereich (24) in einen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit einer StörStellenkonzentration grosser als 1 χ 10 "Atome/cnr überführt und gleichzeitig eine zweite Maske über dem Halbleiteraufbau ausgebildet wird, dass durch eine zweite, in der ersten und zweiten Maske angebrachten Öffnung ein zweiter Bereich durch eine Diffusion in einen entgegengesetzfc ten Leitfähigkeitstyp mit einer Störstellenlconzentration zwischen etwa 5 x 10 "Atome/cm - bis etwa 5 x Io Atome/cm* überführt und gleichzeitig eine dritte Maske über der zweiten Maske und dem zweiten Bereich ausgebildet wird, dass die erste, zweite und dritte Maske vom Halbleiteraufbaü entfernt und die freigelegte Oberfläche einem Heinigüngsprozess unterzogen wird, um eine negative Oberflächenladung zwischen etwa +1 und etwa +20 Volt auszubilden, dass die gereinigte Oberfläche in einer Flüssigkeit, vorzugsweise aus Aceton oder Isopropylalkohol bzw. Methylalkohol weiterbehandelt wird, um nach dem Reinigungsprozess auf der Oberfläche des Halbleitermaterial verbliebene Materialien zu absorbieren, dass

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über dem Halbleiteraufbau eine vierte Maske bei einer Temperatur zwischen etwa 425⁰C und etwa 450⁰C angebracht und mit einer dritten öffnung versehen wird, durch welche Teile des ersten Bereiches in einen dritten Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp durch Diffusion überführt werden, welche bei einer Temperatur von etwa 975⁰C für 20 Minuten wirksam ist und eine dünne schützende Schicht automatisch über dem dritten Bereich ausbildet, dass von der dünnen schützenden Schicht und der vierten Maske ein über dem zweiten Bereich liegender Teil entfernt und an diesem ein ohmischer Kontakt angebracht wird, und dass die dünne schützende Schicht über dem dritten Bereich in kontrollierter Weise entfernt und dieser Bereich ebenfalls mit einer ohmischen Kontaktverbindung versehen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ein Widerstandselement bildet und mit einer Störstellenkonzentration von etwa 1 χ 10 Atome/cnr ausgebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die absorbierende Flüssigkeit Aceton mit weniger als 5% Wassergehalt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial Silicium ist, und dass die vierte Maske aus einer aufgedampften ersten Schicht aus Siliciumdioxyd besteht, die auf dem Halbleiteraufbau nach dem völligen Entfernen der ersten Maske auf diesem angebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Schicht aus Siliciumdioxyd eine zweite Schicht aus einem Gemisch aus Siliciumdioxyd und Phosphorpentoxyd angebracht wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die über der vierten Maske und dem dritten Bereich aufgewachsene dünne schützende Schicht durch gesteuerte Ätzung über dem dritten Bereich entfernt wird, um diesen für einen ohmischen Kontaktanschluss freizulegen, wobei die vierte Maske von der dünnen schützenden Schicht des thermischen Oxyds während des Ätzvorgangs dieses thermischen Oxyds zur Freilegung des dritten Bereiches geschützt wird, so dass keine weiteren Maskier- und Ätzschritte erforderlich sind, um die Öffnung für den ohmischen Kontakt über dem dritten Bereich

ψ herzustellen.
11. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die freigelegten ersten, zweiten und dritten Bereiche zur Schaffung elektrischer Kontaktanschlüsse an den Halbleiteraufbau metallisiert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die dünne schützende Schicht zum Freilegen des dritten Bereiches mit einer Ätzlösung aus verdünnter Fluorwasserstoffsäure erfolgt.

13· Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η * zeichnet, dass die verdünnte Lösung aus Fluorwasserstoffsäure 15 Teile einer gesättigten Lösung aus Ammoniumfluorid, etwa einem Teil 48-prozentiger Fluorwasserstoffsäure und etwa 4- Teilen Wasser besteht.

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