DE2234189A1

DE2234189A1 - Verfahren zur maskierung von halbleiteroberflaechen

Info

Publication number: DE2234189A1
Application number: DE19722234189
Authority: DE
Inventors: Ronald Francis Johnston Broom
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-08-19
Filing date: 1972-07-12
Publication date: 1973-03-01
Also published as: FR2149384B1; CH529446A; FR2149384A1; JPS4831878A

Description

Verfahren zur Maskierung von Halbleiteroberflächen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Maskierung von Halbleiteroberflächen, bei dem nacheinander aufzubringende Masken selbsttätig aufeinander ausgerichtet werden.

Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen herrscht seit längerer Zeit ein starkes Bestreben, die Abmessungen der einzelnen Halbleitervorrichtungen zu verkleinern. Dadurch soll der Frequenzbereich der Transistoren, Dioden, etc. vergrößert werden. Zudem ist man bestrebt, möglichst viele Halbleitervorrichtungen auf einer gegebenen Oberfläche anzuordnen. Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen ist es üblich, für verschiedene Operationen, wie Ätzen, Diffusion, Niederschlag von

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Material auf chemischem oder elektrochemischem Weg, oder aus der Dampfphase, usw. die zu bearbeitende Oberfläche zu maskieren. Häufig sind mehrere Masliiervorgänge nötig, um eine bestimmte Vorrichtung oder eine Anordnung von Vorrichtungen herzustellen. Dabei müssen nachfolgende Masken in Bezug auf vorhergehende Masken sehr genau plaziert werden. Wird beispielsweise eine Alaskc eines bestimmten Musters verwendet um eine Basisdiffusion herzustellen, so kann mittels einer nachfolgenden Maske eines anderen Musters eine Einitterdiffusion hergestellt werden. Es kann aber auch eine erste Maske benützt werden, um metallische Elektroden niederzuschlagen, die ohm se he- Kontakte mit einer Halbleiteroberfläche erzeugen und als Source und Drain für einen Feldeffekttransistor-gedacht sind. Alittels einer nachfolgenden Maske, eines anderen aber passenden Musters, wird darauf eine Gateelektrode niedergeschlagen, die einen Schottky-Kontakt bildet. In jedem Fall ist es zur Erreichung einer guten Qualität unbedingt notwendig, die erste und die zweite.Maske auf der Oberfläche so zu plazieren, dass die Stellungen der Elektroden zueinander stimmt. Die Emitterdiffusion zum Beispiel soll sich in der Mitte der Basis diffusionszone befinden. Im anderem Beispiel soll die Gateelektrode

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sich in der Mitte zwischen Source: und Drain befinden, sowie parallel zu diesen stehen, ohne dass ein. Kurzschluss zwischen den verschiedenen Elektroden auftritt. Es ist klar, dass bei stets kleiner werdenden Abmessungen der Vorrichtungen die Muster der Masken ebenso verkleinert werden müssen. Je kleiner ■ die Muster sind, desto schwieriger ist es, die Masken genau anzuordnen, dass heisst nachfolgende Masken in Bezug auf die vorhergehenden genau zu justieren. . Für Vorrichtungen in der Grössenordnung von Millimetern kann die Maske mit Hilfe des menschlichen Auges, wo nötig unter zur Hilfenalime eines Mikroskopes justiert werden. Für Vorrichtungen aber, der-en Dimensionen in der Grosse eines Mikrons oder darunter sind, ist die optische Xlegistricrung schwierig, nicht nur wegen der notwendigen engen · Toleranzen, sondern auch wegen der begrenzten Auflösung optischer Mikroskope.

Verschiedene Lösungen wurden bereits für das Problem der Maskenjustierung vorgeschlagen, darunter verschiedene selbstjustierende '*" Verfahren. In einem derartigen Verfahren wird eine Metallkugel auf eine Halbleiteroberfläche

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auflegiert. Durch selektives Aetzen wird eine Einschnürung um die Kuge] herum erzeugt. Durch MctallniederschJag aus der Dampfphase wird ein Mctallfilm auf der Oberfläche erzeugt, der einen gewissen Abstand von dem Uebergang zwiscnen Metallkugel und Halbleiter einhält. Ein anderes vorgeschlagenes Verfahren sieht eine Kugel vor, die a\if die Oberfläche eines Halbleiterplättchens aufgesetzt wird, worauf Elektrodenmaterial aufgedampft wird. Die Kugel beschattet eine gewisse Fläche um ihren Kontakt mit der Oberfläche herum, die aus der aufgedampften Metallschicht ausgespart ist. In der Methode, die im Schweizer-Patent 476. 39& ■ vorgeschlagen wurde, wird auf der Oberfläche des rwilbleiterplättchens eine Oxydschicht erzeugt, in der Mittels einer Maske und einer-Aetzung Fenster angebracht werden. Durch eine seitliche Unterätzung des Oxyds wird eine Ueberkragung erzeugt, die gewisse Flächen abschattet. Auf der offenen Fläche wird eine Metallelektrode niedergeschlagen und darauf die Ueberkragung entfernt. In dein geöffneten Spalt wird ein zweites Metall niedergeschlagen und darauf das Oxyd weggeätzt. Eine zweite Elektrode wird jetzt niedergeschlagen, die zu der ersten einen geringen aber konstanten Abstand aufweist, nachdem das zweite'Metall selektiv weggeätzt wurde.

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Obwohl diese Verfahren im allgemeinen gute Resultate liefern, zeigen sie doch unter gewissen Umständen Nachteile. Es ist ein Ziel dieser Erfindung, den Stand der Technik in dieser Hinsicht zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die Herstellung von Halbleitervorrichtungen besonders kleiner Abmessungen zu erleichtern. Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, in der Halbleiterherstellung parallele Elektroden von besonders geringem gegenseitigem Abstand herzustellen, ohne dass die Elektroden miteinander elektrischen Kontakt haben; -

Weiterhin bezweckt die Erfindung anhand bekannter Verfahrensschritte, selbst justierende Masken bei der Halbleiterherstellung zu erzeugen. Schliesslich bezweckt die Erfindung eine Metallschicht zu erzeugen, die über der üblicherweise eine Halbleitervorrichtung bedeckenden Isolierschicht liegt.

Endlich bezweckt die Erfindung die Herstellung eines zweiten Fensters in der Isolierschicht auf einer Halbleiteroberfläche,

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das zu einem ersten Fenster nur einen sehr geringen Abstand aufweist.

Die genannten Ziele werden dadurch erreicht, daß für die erste A4aske ein Material verwendet wird, das das Material der zweiten Maske nicht annimmt, daß in wenigstens einer Öffnung der ersten Maske das Material der zweiten Maske niedergeschlagen und soweit verstärkt wird, bis es über den Rand der Öffnung tritt und einen Wulst bildet und daß diesel- Wulst als z.weite Maske oder als Teil dieser Maske verwendet wird.

Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen vereinfachten Schnitt durch eine Halbleitervorrichtung;

Fig. 2a-c Querschnitt und Aufsicht eines Transistors,der nach

dem vorliegenden Verfahren hergestellt wird;

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Fig. 3a-b Querschnitt durch ein anderes Ausführungs

beispiel eines Transistors.

Der in Fig. 1 dargestellte Querschnitt zeigt die Anordnung einer Elektrode 10 auf einem Halbleiterplättchcn 11. Die Oberfläche des Plättchens in der eine Mehrzahl planarer Halbleitervorrichtungen gebildet sein kann, ist üblicherweise!· durch eine Isolierschicht 13 bedeckt,die z.B. aus SiO besteht. In einem in der Isolier- · schicht angebrachten Fenster ist die Elektrodenmetallisierung 12 vorgesehen,die einen Kontakt mit dem Halbleiterkörper 11 bildet. Die Metallisierung kann durch irgendein bekanntes Verfahren, wie Aufdampfen oder Aufsprühen,hergestellt sein. Es ist üblich, dass solche Metallisierung durch Niederschlag zusätzlichen Materials, wie bei 14 gezeigt, verstärkt werden,beispielsweise durch elektrolytischen Auftrag. Die Oxydschicht 13 hat üblicherweise eine Dicke senkrecht zur Halbleiteroberfläche zwischen 0,05 und 1 um. Wenn die Dicke des niedergeschlagenen Metalles 14 grosser wird als die des Oxyds, beginnt das Metall sich seitlich über das Oxyd um einen bestimmten Betrag auszudehnen und einen Wulst 15 zu bilden. Die Ueberlappung hängt von den Niederschlagsbedingungen und von der Art des Metalls und seiner Dicke a.b.

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Das nachfolgend beschriebene Beispiel betrifft eine Anwendung der obergenannlen Erscheinung bei der Herstellung eines einfach'n Feldcffekt-Transi stors mit isolierter Gateelektrode. Diese Art von Transistor ist bekannt und bedarf keiner weiteren Beschreibung. Nach der vorliegenden Methode wird ein galvanischer Aleiallaufirag .bei der Herstellung eines derartigen Transistors benützt, um din geringe aber wichtige Trennung zwischen Gateelektrode und Source- und Drainelektroden zu erzeugen. Ein Halbleitersubstrat 21, Fig. 2a, 7,. B. auf η-Si wird mit einer Oxydschicht 22 versehen in der Fenster für Source- und Drainelektroden 23 und 24 vorgesehen werden. Nachdem die Elektroden angebracht und wie bereits beschrieben verstärkt worden sind, wird eine Schicht 25 aus Phololack aufgebracht, die durch eine relativ grobe Maske belichtet wird, so dass nach ihrer Entwicklung mindestens der Streifen zwischen den Elektroden 23 und 24 freigelegt ist. Dieser Schritt ist nicht kritisch, da die gesamte Breite der Elektroden 23 und 24 als Toleranz zur Verfügung steht. Die Breite der Elektroden jedoch kann frei gewählt werden, so dass die Toleranz auf jeden Fall eingehalten werden kann. Das Kontaktmetall 27 und 28 auf der Halbleiteroberfläche kann aus Platinsilizid bestehen, welches

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p-H'i (ende Kontakte; erzeugt. Die¹ Verstärkung kann aus jedem geeigneten Metall, wie Kupfer, Nickel, oder Gold bestehen. Als Photolack kann jeder im Handel erhältliche Lack verwendet werden, der eine genügend scharfe Auflösung gestattet.

Nun wird der Gatekontakt 26 durch Niederschlag von Chrom aus einer gut ausgerichteten Verdampf.ungsquelle hergestellt, wie durch die Pfeile 30 angedeutet ist. Ueberschussmetall, das sich auf dem Photolack niederschlägt wird zusammen mit dem Photolack, sowie durch Aetzen des galvanischen Mctallauftrags entfernt. Das niedergeschlagene Metall 23 und 24 muss so ausgewählt werden, dass es geätzt werden kann, ohne dass das aufgedampfte Gate angegriffen wird.

Die Vorrichtung, die durch das Verfahren entsteht ist in Fig. 2b gezeigt. Die Bezeichnungsziffern sind gleich wie in Fig. 2a. Um die Ränder des Gates gegen elektrischen Ueberschlag zu schützen, wird die Vorrichtung in einem letzten Verfahrensschritt mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Oxydschicht bedeckt. Der Abstand 20 zwischen Source und Gate, sowie zwischen Gate und

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Drain ist durch die Breite des Wulstes 15 gegeben. Die Gröase des Abstands kann praktisch Bruchteile: eines Mikrometers betragen.

Die Aufsicht der Fig. 2c zeigt die Anordnung von Gate. 26 zwischen Source 23 und Drain 24. Jede Elektrode ir.t mit. einer hinreichend grossen Anschlussfläche verschen. Kontaktfenster 29 in der* oben erwähnten Oxydschutzschicht ;;5nd Eingedeutet.

Ein ähnliches Verfahren kann auch für den Fall eines n-Kanal MOS-Transistors angewendet werden. In diesem Fall hat das Substrat p-Leitfähigkcit und eine flache η-Diffusion wird eingebracht für die Source- und Drainelektroden. Diese Verfahrensschritte sind bekannt und bedürfen hier keiner Erläuterung.

Im nachfolgend beschriebenen Beispiel wird eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben die in Fig. 3 dargestellt ist und die die Herstellung eines Schottky-Feldeffekt-Transistors betrifft. Der erste Teil des Verfahrens ist gleich wie das

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zuvorbeschriebone, bis zum Niederschlagdes Gates 26. An seiner Stelle wird der Oxydsteg, der zwischen den Elektroden 33 und 34 für Source und Drain stehen geblieben war, in einem umgekehrten Sprühver fahr en entfernt, .wie durch die Pfeile angedeutet. Das umgekehrte Sprühverfahren wird einen Teil des Photolacks und der Elektrodenmelallisierung iuisätzen, wie durch die punktierte Linie 38 angedeutet ist. Diese Materialerrosion ist harmlos oder -sogar unnützlich, wenn sie bei der Konstruktion gebührend berücksichtigt wurde. Notwendig in jedem Fall ist, dass die überlappenden. Teile 29 der elektroplattierlen Elektroden 33 und 34 das unter ihnen liegende Oxyd abschatten, so dass die Wulste 31 und 32 nach der Operation stehen bleiben.

Nachdem die Gatemetallisierung 35, wie in Fig. 3b zeigt, niedergeschlagen ist, dienen die Oxydwulste 31 und 32 als wirksame Isolation zwischen Source- und Draiiielektroden und der Gateelektrode. Die Breite der Oxydwulste 31 und 32 ist gegeben durch die Höhe des zuvor erwähnten Metallwulstes 15. Wie Fig. 3b weiterhin zeigt, wird die jetzt überflüssige

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Metallisierung 33 und 34 selektiv weggeätzt, da sie für den fertigen Transistor nicht mehr benötigt, wird. Wie der Transistor des vorhergehenden Beispiels, wird der fertige Transistor mit einer Isolierschicht bedeckt, die nicht dargestellt ist. Die Aufsicht des Transistors kann der Darstellung der Pig. 2c entsprechen.

Es ist zu bemerken, dass das letzte Ausführungsbeispiel des Transistors aus einem p-Si-Substrat 36 besteht, das eine n-S.i Schicht 37 trägt. Die Konstruktion die aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist für diese Art von Vorrichtungen üblich. Sie wird hier der Klarheit halber dargestellt, hat aber keinen unmittelbaren Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung.

Es ist klar, dass dein Fachmann zahlreiche andere Ausführungsformen der Erfindung naheliegen, beispielsweise mit Hilfe der Ioneueinpflanzung. Das Verfahren ist zudem geeignet zur Herstellung von Dioden, Bipolartransistoren und anderen Halbleitervorrichtungen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

l.j Verfahren zur Maskierung von Halbleiteroberflachen, bei dem nacheinander aufzubringende Masken selbsttätig aufeinan-. der ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die erste Maske ein Material verwendet wird, das das Material der zweiten Maske nicht annimmt, daß in wenigstens einer Öffnung der ersten Maske das Material der zweiten Maske niedergeschlagen und soweit verstärkt wird, bis es über den Rand der Öffnung tritt und einen Wulst bildet und daß dieser Wulst als zweite Maske oder als Teil dieser Maske verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Halbleiteroberfläche als erste Maske eine isolierende Schicht (13) aufgebracht wird, die wenigstens eine Elektrodenöffnung aufweist, in welcher ein metallischer Kontakt (12) niedergeschlagen wird, daß der metallische Kontakt galvanisch verstärkt wird, bis Metall (14) über den Rand der öffnung quillt und einen Wulst (15) bildet und daß dieser Wulst in einem nachfolgenden V erfahr ens schritt (Fig.. 2, Fig. 3) als zweite Maske oder als Teil einer Maske benützt wird.
3. Verfahren nach A.nspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

. Halbleiter aus Silizium und die Isolierschicht aus Siliziumoxyd oder Siliziumdioxyd besteht.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung eines Feldeffekttransistors in der Isolierschicht: zwei Öffnungen vorgesehen werden für Source- und Drainelektroden (23), deren eine einen Randabschnitt aufweist, der zu einem Randabschnitt der zweiten Öffnung (24) parallel verläuft, und daß auf dem zwischen den Öffnungen liegenden Steg eine Elektrode (26) niedergeschlagen wird, deren Abstand (20) zu den Source- und Drainelektroden durch die Dicke der von diesen Elektroden ausgehenden Wülste gegeben ist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Isolierschicht für Source- und Drainelektroden. (33 8t 34) eines Feldeffekttransistors zwei Öffnungen vorgesehen werden, deren eine (33) einen Randabschnitt aufweist, der zu einem Randabschnitt der zweiten Öffnung parallel verläuft, daß der zwischen den Öffnungen liegende Steg soweit abgetragen wird, als er nicht durch die von den Elektroden ausgehenden Wülste abgeschattet wird (31, 32) und daß in dem entstandenen Zwischenraum eine Gateelektrode (35) erzexxgt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Maskierung durch den Wulst (15) die verstärkte Materialschicht (14) wenigstens teilweise wieder abgetragen wird, bis der Wulst verschwindet.

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