DE2317087C3 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei dem in Silizium versenkte Siliziumoxidgebiete durch maskierende Oxydation gebildet werden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesondere einer monolithischen integrierten Halbleiterschaltung, bei dem in einem an einer Oberfläche liegenden, wenigstens im wesentlichen aus cinkristallincm Silizium bestehenden Teil eines Halbleiterkörper in das Silizium versenkte Gebiete aus Siliziumoxid durch Oxydation des Siliziums unter Verwendung einer örtlich vor Oxydation schützenden Maskierung gebildet werden, welche Maskierung eine Schicht aus gegen diese Oxydation maskierendem Material enthält und über

,ο oiner dünnen Zwischenschicht auf dem Halbleiterkörper aufgebracht wird.

Solche Verfahren sind unter anderem in »Philips Research Reports« 26 (1971) 3, S. 157-165 und 166-180, beschrieben. Als gegen die Oxydation

_(S maskierendes Material wird im allgemeinen Siliziumrii·

' trid verwendet, aber grundsätzlich könnten als gegen

die Oxydation maskierendes Material auch andere

Materialien in Betracht kommen, die vorzugsweise

selber keine Oxide sind. Sie sollen dabei nicht oder nur

sehr langsam oxydiert werden. Derartige Materialien, die gegen die bei Oxydation angewandten Temperaturen beständig sein müssen, werden im allgemeinen eine dichte Struktur mit starken zwischenatomaren Bindungen aufweisen müssen, um die Diffusion von Sauerstoff

hemmen zu können. Durch diese starken zwischenatomaren Bindungen werden diese Materialien im allgemeinen eine große Zugfestigkeit aufweisen. Die Schicht soll weiter gut an dem Silizium haften, um zu verhindern, daß sich das Silizium während des Oxydationsvorgangs von der Maskierung ablöst und somit die zu maskierenden Teile der Siliziumoberfläche freigelegt werden. Wie aus dem zuerst genannten Artikel in »Philips Research Reports« 26 (1971) 3. S. 157-Io5 bekannt ist, wird am Rande der Oxydationsmaske entlang durch seitliche Oxydation unter diesem Rand infolge der durch diese Oxydation auftretenden Volumenvergrößerung die Maskierung etwas hochgenoben. Dadurch würde die Gefahr einer Abschälung der Schicht auftreten. Es ist daher von Bedeutung, daß die Haftung dieser Schicht an der Unterlage genügend stark ist.

Infolge der Zugfestigkeit der aus dem gegen die Oxydation maskierenden Material bestehenden Schicht kann jedoch bei der angewandten Oxydationstempera

tür das darunterliegende einkristalline Silizium einer mechanischen Spannung unterworfen werden. In diesem Silizium können infolge dieser Spannungen Verschiebungen im Kristallgitter auftreten, die mit einer starken Zunahme von Störstellen, wie örtlich dichter Konzentration von Versetzungen einhergehen können. Es ist möglich, daß die elektrischen Eigenschaften von .Halbleiteranordnungen, bei denen eine derartige Bearbeitung durchgeführt worden ist, dadurch beeinflußt werden. Wenn z. B. in auf diese Weise gestörtem Silizium PN-übergänge hergestellt werden, können diese Übergänge verhältnismäßig hohe Leckströme durchlassen. Insbesondere kann diese Beeinflussung für eine reproduzierbare Herstellung von Halbleiteranordnungen ungünstig sein, bei denen nur geringe Tolerance zen in den elektrischen Eigenschaften zulässig sind oder in denen eine Anzahl Schaltungselemente untergebracht sind. So war die Bildung örtlich hoher Konzentration von Versetzungen bereits bekannt bei der Bildung versenkter Oxidmuster durch Oxydation unter Verwendung einer aus einer Siliziumnitridschicht bestehenden Maskierung, die direkt auf dem einkristallinen Silizium angebracht war.
Um die vorerwähnte Störwirkung der aus gegen

Oxydation maskierendem Material bestehenden Schicht auf die Kristallstruktur des Siliziums zu verringern, wurde gemiiß einem in »Philips Research Reports« 26 (1971) 3, S, 157 - i65 beschriebenen Verfahren zwischen einer als Maskierungsmaterial gegen Oxydation verwendeten Siljziumnitridschicht und dem Silizium eine dünne Übergangsschicht aus Siliziumoxid angebracht, Vermutlich kann diese dünne Zwischenschicht die mechanischen Spannungen zwischen dem Silicium und der aus Maskierurigsrnatcrial gegen Oxydation bestehenden Schicht bei der angewandten Erhitzung neutralisieren. So wurde gemäß der genannten Literaturstelle gefunden, daß auf diese Weise eine außerordenilich große Störung des Siliziumgitlers vermieden wird,

Es war jedoch aus derselben Liicraturstelle bekannt, daß bei Anwendung einer Maskierung gegen Oxydation aus einer als Maskicrungsmaterial gegen Oxydation dienenden Siliziumnitridschicht und einer darunter .liegenden Siliziumoxidschichl auf dem Silizium sich längs der Ränder der durch Oxydation gebildeten versenkten Gebiete aus Siliziumoxid ein seitliche vorstehender und von dem Rand her allmählich dünner werdender Ausläufer aus Siliziumoxid bildete, der durch Oxydation des unter der dünnen Oxidschicht liegenden Siliziums entstand. Diese Erscheinung wurde lateraler Diffusion von Sauerstoff über die dünne Siliziumoxidschicht zugeschrieben und wurde, wegen der Form bei Betrachtung eines Querschnitts, auch als »Schnabelw-Effekt bezeichnet. Die Erscheinung kann bei weiteren Schritten zur Herstellung einer HalbleWeranordnung störend sein. Bei lateraler Inselisolierung weist die Anwendung in den Halbleiterkörper versenkter Gebiete aus Isoliermaterial im Vergleich zu der Anwendung von völlig aus PN-Übergangen bestehenden Isolierzonen bekanntlich den Vorteil auf, daß im letzteren Fall für eine gute Isolierung zwischen einer derartigen Isolierzone und einer eindiffundierten Zone zum Erhalten von PN-Übergängen in einer insel ein gewisser Abstand zwischen der Isolierzone und der eindiffundierten Zone beibehalten werden muß, während bei Anwendung versenkten Isoliermaterials eine derartige eindiffundierte Zone unbedenklich von der Isolierzone begrenzt werden kann, wodurch unter anderem eine erhebliche Raumersparung erhalten werden kann. Die eindiffundierte Zone kann sogar an ihrem ganzen Umfang an die versenkte Isoliermaterialschicht grenzen, wodurch stark gekrümmte Ränder des PN-Übergangs mit herabgesetzter Durchschlagspannung vermieden werden.
Wie ebenfalls in der genannten Literaturstelle

- »Philips Research Reports« 26 (1971) 3, S. 157-165 beschrieben ist, kann aber durch das Auftreten eines verhältnismäßig breiten, allmählich dünner werdenden

,; Ausläufers aus Siiiziumoxids längs des versenkten Oxidmusters bei Entfernung der Siliziumnitridmaskierung und der unterliegenden dünnen Oxidschicht vor der Durchführung des obengenannten Diffusionsvorgangs ein Teil des schnabelförmigen Siliziumoxidausläufers beibehalten werden, wenn der Ätzvorgang zur Entfernung der dünnen Oxidschicht nicht genügend lange fortgesetzt wird. Ein derartiger verbleibender Teil des Ausläufers kann bei der Bildung der diffundierten Zone eine maskierende Wirkung haben und kann gegebenenfalls sogar die laterale Begrenzung dieser Zone bestimmen, wobei der PN-Übergang dieser Zone mit dem verbleibenden Gebiet aus dem ursprünglich vorhandenen Material gekrümmte Rändt/ aufweisen kann. Bei der Bildung der diffundierten Zone durch an sich bekannte Planartechniken bulei sich auf der freien Siliziumobcrfllichü im allgemeinen wieder eine Oxidschicht, Beim Wegätzen dieser Schicht kann nun der verbleibende Teil des schnabelförmigen Ausläufers

ί weiter verkleinert werden, wodurch es sogar grundsätzlich möglich wäre, dnß der PN-Übergang freigelegt werden würde,

Auf diese Weise würden die bei der Anwendung versenkter Oxidmuster erhaltenen Vorteile der Raum·

i'· ersparung und des Fehlens eines stark gekrümmten PN-Übcrgangs nur teilweise beibehalten werden. Wenn in einer solchen diffundierten Zone eine weitere Zone mit einem dem der genannten Diffusionszone entgegengesetzten Leitungstyp angebracht werden muß, können sich Schwierigkeiten ergeben, wenn es erforderlich ist, daß diese weitere Zone wenigstens teilweise an die versenkte Isolierschicht grenzt und diese Zone übrigens völlig an die obenerwähnte Diffusionszone grenzt, um z. B. zur Herstellung eines Transistors sehr geringer

ίο Abmessungen eine weitere Raumersparung zu erhalten. Dann ergibt sich der Nachteil, daß die gegenseitige Lage der seitlichen Begrenzungen der beiden Zonen nicht optimal oder mit genügender Genauigkeit reproduzierbar ist. Grundsätzlich wäre es sogar möglich, daß eine Kurzschlußverbindung zwischen der weiteren Zone und dem Gebiet unter der vorerwähnten Diffusionszone hergestellt wird, wie nachher noch näher crJautcri wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe

zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu

.to schaffen, durch das die obengenannten Schwierigkeilen bei Anwendung von auf bekannte Weise angebrachten Maskierungen gegen Oxydation behoben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die dünne Zwischenschicht durch Anbringen von polykristallinem Silizium auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers erhalten wird, und daß die Oxydation des Siliziums bis zu einer Tiefe durchgeführt wird, die größer als die Dicke der Zwischenschicht aus polykri-"stallinem Silizium ist.

Es hat sich herausgestellt, daß dus Vorschreiten der Siliciumoxidfront in polykristallinem Silicium nicht merklich anders als in einkristallinem Silicium ist, wodurch »Schnabelbildung« dabei nicht auftritt, während mechanische Spannungen zwischen Siliciumnitrid und Silicium nicht zu dem Auftreten außerordentlich großer Störungen im Kristallgitter des einkristallinen Siliciums führen. Offenbar werden diese mechanischen Spannungen von der polykristallinen Siliciumschicht neutralisiert. Insbesondere hat sich die polykristalline Siliciumschicht bei Anwendung von Siliciumnitrid als Maskierungsmaterial gegen Oxydation bewährt.

Die Dicke der verwendeten polykristallinen Schicht ist nicht kritisch, aber in der Praxis wird diese Dicke vorzugsweise nicht zu groß, d. h. nicht größer als 3000 Ä, gewählt, damit zum Festlegen des darunterliegenden einkristallint Silidums keine große Schichtdicken entfernt zu werden brauchen. Es hat sich gezeigt, daß die Dicke der Schicht sehr gering sein kann, ohne daß außerordentlich große Störungen im Kristallgitter des

ho darunterliegenden einkristallinen Siliciums auftreten. Die Schicht kann grundsätzlich dünner gewählt werden, je nachdem das polykristalline Silicium feinkörniger ist. In der Praxis wird jedoch meistens eine größere Dicke, z. B- von mindestens 300 A, gewählt, welche Schichtd'ik-

1.5 ke ziemlich gleichmäßig und reproduzierbar über eine verhältnismäßig große Oberfläche angebracht werden kann.
Bekanntlich werden bei vielen Halbleiteranordnun-

gen, insbesondere monolithischen integrierten Schaltungen, epitaktisch auf einem einkristallinen Substrat angebrachte Siliciumschichlen verwendet. Es hat sich herausgestellt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung solcher Typen von Halbleiteranordnungen eignet, wobei nach einer bevorzugten Ausführungsform auf einer Oberfläche eines an dieser Oberfläche wenigstens im wesentlichen aus einkristallinem Material bestehenden Substratkörpers Silicium wenigstens teilweise epitaktisch abgelagert wird, worauf auf der durch diese Ablagerung gebildeten Schicht die Zwischenschicht aus polykristallinem Silicium angebracht wird. In der Technik sind Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen von Silicium und zum Niederschlagen polykristallinen Siliciums auf einem eir.kristallinen Siliciumsubstrat an sich bekannt. Die polykristalline Schicht kann gegebenenfalls in demselben Reaktor wie die epitaktische Schicht dadurch abgelagert werden, daß das Silicium unter geänderten Bedingungen niedergeschlagen wird. In bezug auf die Dotierung und die elektrischen Eigenschaften ist ,polykrislallines Silicium von cinkristallinem- Silicium verschieden. Unter anderem sind die Diffusionskoeffizienten unter gleich gewählten Bedingungen derselben Verunreinigung im polykristallinen Silicium im allgemeinen viel größer als im einkristallen Silicium. Das Vorhandensein der polykristallinen Schicht bei späteren Diffusionsbehandlungen könnte zu einer unkontrollierbaren lateralen Ausdehnung einer anzubringenden Diffusionszonc führen. Im allgemeinen ist es denn auch zu bevorzugen, nach der Oxydation zur Bildung der versenkten Gebiete aus Siliziumoxid die Schicht aus dem gegen die Oxydation maskierenden Material und die Zwischenschicht aus polykristallinem Sili/ium wenigstens teilweise zu entfernen. Zu diesem Zweck können geeignete Ätzmittel auf an sich bekannte Weise angewandt werden. Auch ist es möglich, nach einer bevorzugten Ausführungsform die Zwischenschicht aus polykristallinen! Silizium wenigstens teilweise durch Umwandlung des polykristallinen Siliziums in Siliziumoxid zu beseitigen. Auf diese Weise kann ohne zusätzlichen Schritt auf dem einkristallinen Silizium eine Maskierungsschichi zur Anwendung bei lokalisierten Diffusionsvorgängen oder anderen Vorgängen /ur örtlichen Dotierung gemäß üblichen Planartechniken erhalten v^erden.

Einige Ausführungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 bis 4 schematisch in einem senkrechten Schnitt im Detail Stufen der Herstellung einer integrierten Schaltung, wobei in Silizium versenkte Oxidmustcr auf an sich bekannte Weise durch Oxydation unter Verwendung einer Maskierung aus einer Sii.ziumnitridschicht auf einer Siliziumoxidschicht angebracht werden, und

Fig. 5 bis 11 schematisch in einem senkrechten Schnitt im Detail aufeinanderfolgende Stufen der Herstellung einer integrierten Schaltung mit einem in Silicium versenkten Oxidmustcr nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. I bezeichnet 1 einen cinkristallinen Siliciumkörpcr aus p-leilendcm Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 3 Ω · cm, auf dem auf einer Seite Halbleiterschaltungselemente in gegeneinander isolierten Inseln angebracht werden. Im vorliegenden Fall werden n-lcitende Inseln durch Isolicrzonen gegeneinander isoliert, die teilweise aus in den Halbleiterkörper versenkten Oxiden und Teilen aus p-leitenden Gebieten unter diesen Schichten aus versenktem Oxid bestehen. Zur Bildung dieser p-leitenden Zonen wird auf an sich bekannte Weise örtlich Bor in den Halbleitersubstrat-S körper eindiffundiert, wodurch die hochdotierten p-leitenden Zonen 4 und S erhalten werden. Weiter werden durch Eindiffusion eines geeigneten Donators, z. B. Arsen oder Antimon, in den Halbleitersubstratkörper hochdotierte n-lcitende Gebiete angebracht, die die ίο η-leitenden vergrabenen Schichten 3 bilden. Auf dem ■ Halbleitersubslratkörpcr 1 wird auf an sich bekannte Weise eine epitaktische Schicht 2 aus n-le'itendem Silicium abgelagert. Die Schichtdicke kann z. B. 4 μηι sein und der spezifische Widerstand des epitaktisch is angebrachten Materials kann 1,5 Ω · cm betragen. Auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht wird nun auf an sich bekannte Weise eine Oxydschicht, /.. B. mit einer Dicke von 700 Ä, gebildet. Auf dieser Ox ydschicht wird auf an sich bekannte Weise eine Siliciumnitridschicht abgelagert, die als Maskierung bei der Bildung örtlich in den Halbleiterkörper versenkter Oxydschichten dient. Durch an sich bekannte Techniken werden nun in den gewünschten Siliciumnitrid- und Siliciumoxydschichten an der Stelle der zu bildenden Schichten aus versenktem Oxyd öffnungen 14. 16 und 16 angebracht. Erwünschtenfalls kann nun an der Stelle dieser öffnungen das Silicium oxydiert werden. Diese Oxydation geht mit einer Volumenvergrößerung einher, wodurch das gebildete Oxyd beträchtlich über den Pegel der epitaktischen Schicht hinausragen wird. Um nachher eine flachere Struktur zu erhalten, können über die Öffnungen 14.15 und 16 zunächst die Nuten 17, 18 und 19, z. B. mit einer Tiefe von 1 μπι, in das Silicium geätzt werden. Die erhaltene Stufe ist in F i g. 1 dargestellt. wobei durch das Anbringen der Öffnungen 14,15 und 16 die Siliciumoxydschichi und die darauf angebrachte Siliciumnitridschicht in die Teile 6, 7. 8 und 9 aus Siliciumoxyd und die darauf liegenden Teile 10, 11. 12 bzw. 13 aus Siliciumnitrid unterteilt werden.
Der Halbleiterkörper mit der darauf angebrachten Maskierung wird nun einer oxydierenden Atmosphäre zur Bildung der versenkten Isolierzonen an der Stelle der öffnungen 14, 15 und 16 ausgesetzt. Durch die Einwirkung der oxydierenden Atmosphäre auf das Silicium über die Nuten werden die versenkten Isolierschichten 26,27 und 28 aus Siliciumoxyd mit einer Dicke von etwa 2 μιη gebildet, siehe Fi g. 2. Infolge üer mit der Oxydation einhergehenden Volumenvergrößerung werden die Nuten 17, 18 und 19 völlig ausgefüllt, wobei das gebildete Oxyd an den betreffenden Stellen ein Niveau erreicht, das etwa gleich der Höhe der epitaktischen Schicht 2 unter der angebrachten Maskierung ist. Dadurch, daß der Oxydationsvorgang auch lateral von den Seitenwänden der Nuten 17,18 und S5 19 her durchgeführt wird, an welchen Stellen die epitaktische Schicht in ihrer ursprünglichen Dicke vorhanden ist, werden wegen der mit der Oxydation einhergehenden Volumenvergrößerung die hervorragenden Siliciumoxydriffeln 29, 30, 31, 32, 33 und 34 do gebildet. Bekanntlich erfolgt auch Oxydation unter den Oxydschichtteilen 6,7,8 und 9, wobei laterale Diffusion von Sauerstoff über diese Schichtteile von deren Rändern her stattfindet. Durch Oxydation des unterliegenden Siliciums erhalten diese Schichtteile 6,7,8 und 9 t", allmählich dicker werdende Randteile 36, 37 und 38, 39 und 40 bzw. 41. Wie in F i g. 2 dargestellt ist, weist der Querschnitt des Oxyds am Übergang der versenkten Isolierschichten 26,27 und 28 zu den Oxydschichten 6.7,

8 und 9 etwa die Form eines Vogelkopfes auf, wobei die ISchädelform durch die Riffeln 29, 30 und 31. 32 und 33 bzw. 34 erhalten wird und der Schnabel durch die verdickten Randteile 36,37 und 38,39 und 40 bzw.41 der Öxydschichlen 6,7,8 bzw. 9 gebildet wird. s

■ Während dieser Oxydation findet durch die dabei angewendete Erhitzung eine weitere Diffusion von den vergrabenen p-leiicnden Zonen 4 und 5 und der vergrabenen n-lcitenden Zone 3 her, statt. Die ρ leitenden Zonen 4 und 5 werden sich infolgedessen bis /u den versenkten Isolierschichten 26 bzw. 28 ausdehnen, wodurch die epitaktisch angebrachte n-leiiende Schicht 2 in gegeneinander isolierte n-leiiende Inseln 21.22 - 23 und 24 unterteilt wird. Die Teile 22 und 23 sind zwar lateral durch die versenkte Isolierschicht 27 voneinander getrennt, aber sind miteinander über die , vergrabene Schicht 3 in niederohmigem Kontakt. '^vie erhaltene Stufe ist in f' i g. 2 dargestellt.

Zur weiteren Verarbeitung, z. B. zur Herstellung eines npn-Transistors im Gebiet 23, müssen noch dotierte ;o Zonen in den erhaltenen Inseln gebildet werden. Zu diesem Zweck wird das Siliciumnitrid 10. Ii. 12, 13 enlfcrnt und werden, nach einen: etwaigen zusätzlichen Oxydiilionsschritt /ur Verdickung der Oxydschichten 6, 7.8 und 9 mit Hilfe an sich bekannter photolithography scher Verfahren fenster an der Stelle der zu bildenden diffundiericn Zonen angebracht. Bekanntlich schafft die Anwendung von Isolicrzonen mit in den Halbleiter versenkten Isoliermaterial die Moglichkeil zum f->hallen praktisch flacher pn-Obcrgänge. die seitlich von dem versenkten Isoliermaterial begrenzt werden. Bin zusätzliche Vorteil ist der. daß die Abmessungen der zu diffundierenden Zonen durch die Lage der versenkten Isolierschicht bestimmt werden, so daß die zu verwendenden photolithographisi-hen Techniken in bezug auf die Genauigkeit der Bildwiedergabe wenig kritisch sind. Im vorliegenden I all wird vorzugsweise die Oxydschicht 7 beibehalten und die Oxydschichl 8 durch Ätzen entfernt, um in das η leitende Gebiet 23 ein ρ leitendes Basisgebiet einziicliffundicrcn. Nun muß aber das Vorhandensein der verbreiterten Randteile, /. B. 39 und 40 der Oxydschichi 8. berücksichtigt werden. Die C.-efahr besteht, daß bei ungenügender Ätzung diese Randteile 39 und 40 in etwas herabgesetzter Form beibehalten bleiben und gleichsam schnabelförmige Ausläufer der versenkten Oxydschichten 27 bzw. 28 bilden, siehe Γ i g. 3. Bei der Herstellung eines Transistors im Gebiet 23 wird /. B. eine Boratglasschicht 50 bei niedriger Temperatur angebracht und wird Bor aus dieser Schicht 50 in das Gebiet 23 eindiffundiert zur 5» Bildung einer p-leitcndcn Basiszone 51. Dabei könnten die vorhandenen schnabelförmigen Oxydteile 39, 40, deren Dicke allmählich auf Null abnimmt, örtlich teilweise und zum übrigen Teil völlig maskierend wirken, wodurch die gebildete Basiszone 51 nicht bis zu ^ den eigentlichen Seitenwänden der versenkten Oxydschichten 27 und 28 reicht. Der pn-Übergang zwischen der gebildeten p-leitcndcn Basiszone 51 und dem verbleibenden η-leitenden Gebiet 23 wird in diesem Fall an den schnabelförmig verlaufenden Oxydteilen 39, 40 <«' enden. Für eine Emitterdiffusion und eine Kolleklorkontakldiffusion sollen nun Fenster angebracht werden, wobei auf an sich bekannte Weise eine Pholoresistmaskierung 52. 53 angebracht werden kann. Die nun erhaltene Stufe ist in F i g. 3 dargestellt. Das Anbringen ' eines auf einer Seile an eine versenkte Oxydschicht grenzenden Emitters kann nun im vorliegenden Fall Schwierigkeiten bereiten. Beim Wegätzen der Siliciumoxydschichl 7 und des frei liegenden Teils der Boratglasschichl 50 wird auch der schnabelförmig verlaufende Teil 39 durch die Ätzbehandlung verkürzt. Wie in F i g. 4 dargestellt ist, kann dies zur Folge haben, daß während der Emitterdiffusion, z. B, mit Phosphor, bei der ebenfalls die Phosphalglasschichten 60 und 62 und die hochdotierte η-leitende Kollektorkontaktzone 63 gebildet werden, die Emitterzone 61 auf der Seite der versenkten Oxydschicht 27 mit dem als Kollektorgcbiel dienenden verbleibenden Teil des Gebiets 23 aus dem epitaktisch angebrachten n-lcitenden Material einen Kurzschluß bildet.

Aus Obenstehendem geht hervor, daß bei Anwendung einer Maskierung gegen Oxydation, die aus Nitrid auf Oxyd besteht, die Bildung von Randlcilen der Oxydschiehl unter dem Nitrid mit sich ändernder Dicke, wie die Teile 39 und 40, berücksichtigt werden muß. Zum Beispiel kann die Ätzbehandlung zur Entfernung der Oxydschichl 8 genügend weit fortgesetzt werden, damit auch die schnabelförmigen Teile 39 und 40 völlig entfernt werden. Eine derartige fortgesetzte Ätzbehandlung wird jedoch auch '.'inen Teil des versenkten Oxyds entfernen, während sich visuell schwer kontrollieren läßt, wenn der ganze schnabelförmige Teil 39, 40 verschwunden sein wird.

An Hand der Fig. 1 bis 4 isi beschrieben, wie es möglich ist. daß sich Schwierigkeiten ergeben, wenn die Bildung schnabelförmig verlaufender Randteile aus Siliciumoxyd, z. B. der Teile 39 und 40 in F i g. 2 und 4, nicht berücksichtigt wird. Wenn derartige Efekte berücksichtigt werden, ist es selbstverständlich auch möglich, den Emitter auf eine Zone zu beschränken, die weiter von der versenkten Siliciumoxydschicht 27 entfernt ist, wobei die Begrenzungen genau durch photolithographischc Äiztcchnikcn festgelegt werden. In diesem Fall werden unter Verwendung versenkter Oxydmustcr noch immer Vorteile im Vergleich /11 der Anwendung von völlig aus Halbleitermaterial vom entgegengesetzten Lcitfähigkeiistyp bestehenden Isolierzonen erhalten So wird durch eine nur teilweise Maskierung der dünnsten Teile der schnabelförmig verlaufenden Oxydzonen 39 und 40 der Basis-Kollektor-Übergang am Rand des Basisgebiets weniger stark als bei Anwendung der üblichen Oxydrnaskicrung gleichmäßiger Dicke mit scharfem Fensterrand, wie sie bei üblichen Planartechniken Anwendung f'ndet. gekrümmt sein Die Anwendung versenkter Isolierschichten wird jedoch noch besser ausgenutzt werden können, wenn die Bildung schnabelförmig verlaufender Randzonen aus Siliziumoxyd verhindert werden kann.

Eine Ausführungsform des eriindungsgemäßen Verfahrens wird nunmehr an Hand der F i g. 5 bis 11 näher erläutert.

Es wird von einem Halbleiterkörper ausgegangen, der auf die in F i g. 1 beschriebene Weise hergestellt ist. Als Halbleitersubstratkörper 101 wird ein Körper aus cinkristallinem p-lcitendem Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 3 Ω ■ cm verwendet. An der Stelle der anzubringenden Isolierzonen für eine integrierte Schaltung werden auf einer Seite des Halblcitcrsubstralkörpers 101 durch örtliche Eindiffusion von Bor hochdotierte p-lcitcndc Zonen 104 und 105 angebracht. Zur Bildung n-lcitcndcr vergrabener Schichten 103 wird örtlich in die Oberfläche der Halblcitcrsubslratkörpcrs 101 ein geeigneter Donator, z. B. Arsen, eindiffundierl. Dann wird 'iiuf an sich bekannte Weise eine epitaktische Schicht 102 aus n-lcilcndcm Silicium mit einem spezifischen Widerstand

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von 1,5 Ω · cm und einer Dicke von 4 μιη angebracht.

In Übereinstimmung mit der der Erfindung zugrunde liegenden Idee wird nun eine dünne Schicht aus polykristallinem Silicium 80 auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht 102 angebracht. Die Dicke dieser polykristallinen Schicht beträgt etwa 0-! μηι. Die Dicke dieser polykristallinen Schicht ist nicht kritisch, aber wird im allgemeinen im Vergleich zu der Dicke der herzustellenden versenkten Oxydschichten k'^in gewählt. Die Schicht 80 kann auf an sich bekannte Weise, im vorliegenden Fall aus Sälan in Wasserstoff bei ein- ^Temperatur von etwa 700⁰C, angebracht werden, ^während die epitaktische Schicht 102 im vorliegenden ^jFaIl bei einer Temperatur von etwa 1050"C aus einem ^derartigen Gasgemisch abgelagert ist.

Auf der polykristallinen Schicht 80 wird nun eine _? Siliciumnitridschicht 81 angebracht, die z. B. eine Dicke zwischen 0,1 und 0,2 μιη aufweist. Das Anbringen kann auf an sich bekannte Weise, z. B. aus Silan und Ammoniak in Wasserstoff bei etwa 1050⁰C, erfolgen. Die erhaltene Nitridschicht wird zur Maskierung des unterliegenden Siliciums gegen Oxydation bei der Bildung eines Musters in das Silicium versenkter Siliciumoxydschichten durch Oxydation verwendet. Zu diesem Zweck sollen an der Stelle der zu bildenden versenkten Oxydschichten öffnungen in das Siliciumnitrid geätzt werden. Auf an sich bekannter Weise wird zu diesem Zweck auf der Siliciumnitridschicht 81 eine Siliciumoxydschicht 82 angebracht, die etwa die gleiche Dicke wie die Siüciumnitridschichi 81 aufweist. In dieser Schicht 82 werden, mit Hilfe eines auf photolithographischem Wege in einer Photoreristschicht 83 angebrachten Musters durch Ätzen Öffnungen 74, 75 und 76 angebracht. Die erhaltene Stufe ist in F i g. 5 dargestellt. Die Siliciumoxydschicht 82 dient nun als Maskierung beim Ätzen der Siliciuinnitridschich! 81. Als Ätzmittel wird z. B. auf an sich bekannte Weise Orthophosphorsäure bei einer Temperatur von 150 bis 180"C verwendet. In der Siliciumnitridschicht werden dabei Öffnungen 114. 115 und 116 erhalten, die die Siliciumnitridschicht 81 in gesonderte Teile 110,111,112 und 113 unterteilen. Das verbleibende Siliciumoxyd der Schicht 82 kann erwünschtenfalls z. B. mittels Fluorwasserstoffsäure entfernt werden.

Auf an sich bekannte Weise werden an der Stelle der genannten Öffnungen in das Silicium Nuten 117,118 und 119 z. B. bis zu einer Tiefe von I μηι geätzt. Die erhaltene Stufe ist in F i g. 6 dargestellt. Die polykristalline Schicht wird durch diese Ätzbehandlung in gesonderte Gebiete 86,87,88 und 89 unterteilt, die unter den Siliciumnitridteilen 110.111,112 bzw. 113 liegen.

Anschließend wird der erhaltene Körper einer oxydierenden Behandlung unterworfen, z. B. dadurch, daß der Körper in mit Wasserdampf bei 95° C gesättigtem Stickstoff bei einer Temperatur von 1000' C während 16 Stunden erhitzt wird. Durch Oxydation von den Wänden der Nuten 117, 118 und 119 her werden versenkte Oxydschichten 126, 127 und 128 gebildet, wobei die Nuten 117,118 und 119 ausgefüllt werden und die Oberseite der gebildeten Oxydschicht etwa auf der gleichen Höhe wie die epitaktische Schicht 102 zu liegen kommt. Auf entsprechende Weise wie an Hand der Fig.2 auseinander gesetzt ist, bilden sich an den Rändern der versenkten Oxydschichten 126,127 und 128 über den übrigen Teil der oberen Fläche der versenkten Isolierschichten hinausragende Riffeln 120 und 130, 131 und 132 bzw. 133 und 134. Während dieser Behandlung und gegebenenfalls bei späteren Wärmebehandlungen dehnen sich die vergrabenen p-leitenden Zonen 104 und 105 durch Diffusion in der epitaklischen Schicht 102 derart aus, daß sie die Unterseite der gebildeten versenkten Isolierschicht 126 bzw. 128 erreichen. Auf entsprechende Weise kann auch die η-leitende vergrabene Schicht bis zu der versenkten Isolierschicht 127 reichen. Das hochohmige η-leitende Material der epitaktischen Schicht wird auf diese Weise in Gebiete 121.122,123 und 124 unterteilt. Die η leitenden Gebiete

ίο 122 und 123 sind mittels der η-leitenden vergrabenen Schicht 103 unter der versenkten Oxydschicht 127 gut «leitend miteinander verbunden und bilden zusammen {eine Insel, die gegen die benachbarten n-leitenden {Gebiete 121 und 124 seitlich durch Isolierzonen isoliert 'ist, die aus der versenkten Oxydschicht 126 aus isolierendem Siliciumoxyd und der vergrabenen p-lei-(tenden Zone 104 bzw. aus der versenkten Isolierschicht ;128 aus isolierendem Siliciumoxyd und der vergrabenen ■p-leitenden Zone 105 bestehen.

Örtliche außerordentlich starke Bildung von Versetzungen in dem unterliegenden einkristallincn Silicium der epitaktischen Schicht, wie sie im obengenannten Fall gefunden wurde, in dem die Siliciumnilridmaskierung direkt auf dem einkristallinen Silicium angebracht war, hat man nicht festgestellt. In dieser Hinsicht stellt sich heraus, daß die polykristalline Siliciumschicht 80 eine gleiche günstige Wirkung wie die Oxydschichten 6. 7. 8 und 9 bei den bekannten Verfahren zur Bildung versenkter Isolierschichten aufweist, wie vs oben an

}<> Hand der F i g. 1 und 2 beschrieben wurde, und zwar daß die Zwischenschicht die mechanischen Spannungen zwischen dem einkristallinen Silicium und dem Siliciumnitrid größtenteils neutralisiert. Es hat sich weiter herausgestellt, daß das Ausmaß des Fortschreitens des Oxydationsvorgangs in Silicium bei einem Vergleich zwischen dem einkristallinen Silicium und dem polykristallinen Silicium praktisch keine Unterschiede aufweist. Die an Hand der Fig. I bis 4 beschriebene Bildung seitlich aus Jer versenkten Oxydschicht vorstehender

schnabelförmiger Randteile 36.37,38,39,40 und 41 tritt, wie sich herausgestellt hat, bei der Anwendung der polykristallinen Siliciumschichtteile 86, 87, 83 und 89 zwischen dem Siliciumnitrid der Schichtteile 110. Ml, 112 bzw. 113 und den einkristallinen Teilen 121.122,123

4a bzw 124 der epitaktischen Schicht nicht auf. Die erhaltene Stufe ist in Fig. 7 dargestellt. Die bei der Oxydation verwendete Siliciumnitridmaskierung wird nun z. B. auf die obenbeschriebene an sich bekannte Weise mit Hilfe von Orthophosphorsäure entfernt. Q₇ ³M ebenfalls das polykristalline Silicium 86.

87,88 und 89 entfernt werden, aber im vorliegenden Fall, in dem die polykristalline Siliciumschicht nur sehr dünn ist, kann diese auch fortgelassen werden. In den weiteren verwendeten Techniken zur Herstellung von naibieiterschaltungselementen auf planarcm Wege werden ja im vorliegenden Fall übliche Siliciumoxydmaskierungen verwendet, die von der Oberfläche her ciurcn Oxydation von Silicium hergestellt werden. Die angewendete Dicke solcher Maskierungsschichten, die ' zwar geringer als die Dicke der verwendeten versenkten Oxydschichtcn ist, ist doch immer genügend, um dazu alles polykristallines Silicium der verbleibenden Schichtteile 86,87,88 und 89 zu oxydieren. Der Körper mi den nun frei gelegten Zonen 86, 87, 88 und 89 aus

■ polykristallinen! Silicium wird denn auch einer üblichen oxydierenden Behandlung, z. B. durch Erhitzung in ! Ä^fhal"^Eer Atmosphäre bei einer Temperatur von l000°C während 20 Minuten, unterworfen Dabei

wird alles polykristailine Silicium und noch ein wenig Silicium der unterliegenden kristallinen, epitakti.sch angebrachten Material umgewandelt, wobei auf dem Silicium Siliciumoxydschichtteile 96. 97. 98 und 99 gebildet werden, die sich seitlich den versenkten s Oxydschichten 126, 127 und 128 viel größerer Dicke anschließen.

Rir den Aufbau eines npn-Transisiors in dem n-leitendcn Gebiet 123 muß örtlich eine Basisdiffusion durch örtliche Eindiffusion von Bor durchgeführt m .werden. Das Gebiet 122 dient zum Anschluß des Kollektors über die vergrabene Schicht 103. Wahrend der Basisdiffusion soll das Gebiet 122 maskiert werden. Mit Hilfe an sich bekannter photolithographischer Techniken wird nun ein Photorcsisimuslcr 84 auge- i< bracht. Die erhaltene Stufe ist in I^- ig. 8 dargestellt. Dann wird auf an sich bekannte Weise geätzt, und zwar derart, daß die dünnen Oxydschichtteile 96, 98 und 99 gerade entfernt sind und nicht zuviel Material der frei liegenden Teile der versenkten Oxydschicht 126, 127 und 128 mitgcäf/t wird. Dadurch, daß die Oxydschichtfeile 96, 98 und 99 überall die gleiche Dicke aufweisen, verbleiben keine seitlich aus den versenkten Oxydschichten schnabelförmig vorstehenden Rückstände, siehe I ig.9. Danach wird auf an sich bekannte Weise ein Bordiffusionsvorgang durchgeführt, wobei auf den Gebieten {21,123 und 124 der epitaktischen Schicht 102 Schichten aus Boratglas 70,150 bzw. 90 g-Hldet werden, während durch Diffusion von Bor in das Silicium p-lcitcndc Zonen 71, 151 und 9! erhalten werden. Dadurch, daß von der Oberfläche des Silieiums her der Übergang zwischen dem Silicium und den versenkten Oxydschichten verhältnismäßig schroff verlauft, wird die Diffusion von Bor in das Gebiet 123 über die ganze Frontbreite in der Tiefenrichtung nahezu gleichmäßig verlaufen können, so daß die gebildete p-leilencle /one 151 mit dem verbleibenden hochohmigcn n-lciienden Material des Teils 123 der epitaktischen Schicht einen pn-Übergang bildet, der praktisch waagerecht vcrlaiilt und an die versenkten Oxydschichten 127,128 grenzt, in der Nähe dieser versenkten Oxydschichien kann der pn-Ubergang etwas nach oben gekrümmt sein, indem das Siliciumoxyd der versenkten Isolierschichten die Neigung hat, Bor aufzunehmen. Trotzdem ist der pn-Ubergang flacher als in dem in F- i g. 3 dargestellten lall, in dem die schnabelförmig hervorragenden Siliciumoxydteile 39 und 40 die senkrechte ßordiffusion an den Randern des Gebiets 23 hemmen.

In dem Basisgebict 151 soll nun örtlich ein Hmitier durch Donatordiffusion angebracht werden. Wc'ter soll so eine Möglichkeit zum Anbringen eines Kontakts an dem Basisgebict erhalten bleiben. Während der Hmittcrdiffusion kann auch an der Oberfläche des Gebiets 122 ein n-lcitendes Gebiet mit niedrigem spezifischem Widerstand angebracht werden, mit dem ein Kolleklorkontakt s·. mit niedrigem Übergangswiderstand verbunden werden kann. Zu diesem Zweck wird wieder auf an sich bekannte Weise auf photolithographischem Wege eine Pholoresistmaskicrung 152, 153 angebracht, wobei die dünne Oxydschicht 97 und ein Teil der Boralglasschicht i«> 150 unbedeckt bleiben. Die erhaltene Stufe ist in Γ i g. 4 dargestellt. Auf an sich bekannte Weise werden mit Hilfe einer kurzzeitigen Ätzbchandliiiig die frei liegenden dünnen Oxydschichtteile entfernt, ohne daß eine außerordentlich große Menge gegebenenfalls frei ■■ gelegten Materials der versenkten Oxydschichten gelöst wird. Auf an sich bekannte Weise wird n'tn Phosphor eindiffundiert, wobei an der Stelle, an der die Schicht 97 und der nichtrnaskierte Teil der Schicht 150 bei der Äizbehandlung entfernt sind, Phosphatglasschichten 162 b/.w. 160 gebildet werden. Unter diesen Phosphatglasschichten sind hochdotierte η-leitende Gebiete 163 bzw. 161 gebildet, wobei sich das als Emitter dienende Gebiet 161 seitlich der versenkten Isolierschicht 127 anschließt. Dadurch, daß auch an der Greriziläche mit der versenkten Oxydschichl 127 der pn-Übergang zwischen der pleitenden Zone 151 und dem verbleibenden n-leitcnden Material des Teils 123 genügend weit von der Silicitimoberfläche entfernt ist, kann eine derartige an die versenkte Oxydschichl J27 grenzende Emitterzone 161 angebracht werden, ohne daß eine kurzschließende Verbindung zwischen dem F.mitlergebiet 161 und dem Kollektor 123 hergestellt wird. Die erhaltene Stufe ist in Fig. 10dargestellt.

Zum An!/iii'{N ' '·" Km,takten werden nun auf an sich bekannte Weise Konu.i..;i. ' :r mitiels an sich bekannter photographischer Techniken angcLijc'·' Voneinander getrennte F^renster werden in der Schidn 160 und in der Schicht 150 angebracht, wahrend die Phosphatglasschicht 162 völlig entfernt wird. Durch das Anbringen einer MetaNkonla'.isehitv.i. / !·" 'lurch Aufdampfen von Aluminium, und durch Atzen der angebracht en Metallschicht unter Verwendung einer plioioliihogiaphisch angebrachten Maskierung Können auf iibliche Weise Kontakte und sich daran anschließende leitende Verbindiingsstreifen, /. B. ein Hmitterkontakt 77 mit einem sich daran anschließenden, auf der versenkten Oxydschicht liegenden Verbindungsteile!· 92, ein Basiskontakt 78 mit einem sich daran anschließender,, auf der versenkten Oxydschicht 128 liegender, Verbindungsstreifen 93 und ein Kollcktorkonliiki 7? mil einem sich daran anschließenden, sich über die versenkte Oxydschicht 126 erstreckenden Vcrbindungsleiter 94. angebracht werden. Fun Detail einer auf diese Weise erhaltenen integrierten Schaltung ist in F i g. 11 dargestellt.

Hs hat sich herausgestellt, daß bei auf diese Weise hergestellten integrierten Schaltungen ein vielfaches Auftreten von pn-Übergängcn mit außerordentlich hohen l.eckstronien, wie sie nach Anwendung einer direkt auf einknslallincm Silicium angebrachten Siliciumnitridschicr·¹ gefunden wurden, nicht vorkommt.

Das Auftreten seitlich schnabelförmig vorstehender Teile versenkter Oxydschichlcn bei Anwendung einer Siliciumoxydschicht unter einer Nitridschicht ist nicht von der Tatsache abhängig, daß vor der Oxydationsbehandlung eine Nut in das einkristalline Silicium geätzt sein kann. Hs ist nämlich bekannt, daß der Oxydationsvorgang auch durchgeführt werden kann, ohne daß vorher eine solche Nut geätzt wird. Auch in diesem I⁷IiII ist jedoch der Rand der Oxydschichl unter dar Maskicriingsschicht aus Siliciumnitrid der oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt. Die Vorteile der Wahl einer polykristallinen Silieium-Zwisehenschicht zwischen der Nitridschicht und dem einkristallincn Silicium im Vergleich zu der Anwendung einer derartigen Zwischenschicht aus Siliciumoxyd treffen daher auch für den Fall zu, in dem an der Stelle der herzustellenden versenkten Siliciumoxydschicht keine Nut angebracht wird.

Weiler beschränken sich die Vorteile des Verfahrens ■lach der l.rfindung nicht auf integrierte Schaltungen mit Transistoren. Im allgemeinen fördern bei Anwendung planurcT und pholographischer Techniken bei der Herstellung planarcr llalbleiteranordntingen, insbesondere integrierter Schaltungen, steile Übergänge z.wi-

sehen llalbleiierin.seln und Isolier/unen die Kepmdii ^ierbarkeil bei der Massenherstellung.

Dadurch, dal.) entsprechend der der Γ.ιΤιικΙυιιμ /.ugrunde liegenden Idee die pol>knsiiillinc .Siliciiim-'/.wisehen.sehiL'hl das Auftreten schnabelförmig verliiufender, seitlich hervorragender (hyclluile serhiii-

,!υπ wahrend diese polvknsiii'Jine /.wisehiwliichi •nillerdem (lit· l-olgcn von mechanischen Spannungen /wischen dem Silicium und ikf Silieiuinnilridselwhi IjuseiiiKi schiifii die vorliegende l-rrindiirißdie Möglich· Ken, die erhaltenen Vorteile der Anwendung versenkter (hs'dsdiichleii NM¹HtT iius/uiiiil/en.

Ilieivu 4 BUiU 7cichtuinpen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesondere einer monolithischen integrierten Halbleiterschaltung, bei dem in einem an einer Oberfläche liegenden, wenigstens im wesentlichen aus einkristallineni Silizium bestehenden Teil eines Halbleiterkörper in das Silizium versenkte Gebiete aus Siliziumoxid durch Oxydation des Siliziums unter Verwendung einer örtlich vor Oxydation schützenden Maskierung gebildet werden, welche Maskierung eine Schicht aus gegen diese Oxydation maskierendem Material enthüll und über einer dünnen Zwischenschicht auf dem Halbleiterkörper aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Zwischenschicht (80) durch Anbringen von polykristallinem Silizium auf der Oberfläche des Halbleiterkörper«· (101, 102) erhalten wird, und daß die Oxydation des Siliziums bis zu einer Tiefe durchgeführt wird, die größer als die Dicke der Zwischenschicht (80) aus polykristallinem Silizium ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gegen die Oxydation maskierende Material (81) aus Siliziumnitrid besteht.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (80) aus polykristallinem Silizium in einer Schichtdicke von höchstens 3000 A angebracht wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (80) aus polykristallinem Silizium in einer Schichtdicke von mindestens 300 Ä angebracht wird.

5. Verfahren nach einem der ''orstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche eines an dieser Oberfläche wenigstens im wesentlichen aus einkristallinem Material bestehenden Substratkörpers (101) Silizium wenigstens teilweise epitaktisch abgelagert und auf der durch diese Ablagerung gebildeten Schicht (102) die Zwischenschicht (80) aus polykristallinem Silizium angebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der

. Oxydation zur Bildung der versenkten Gebiete (126, 127, 128) aus Siliziumoxid die Schicht (81) aus dem gegen die Oxydation maskierenden Material und die Zwischenschicht (80) aus polykristallinem Silizium wenigstens teilweise entfernt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Zwischenschicht (SO) aus polykristallinen! Silizium wenigstens teilweise durch Umwandlung des polykristallinen Siliziums in Siliziumoxid erfolgt.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Oxydation des polykristallinen Siliziums erhaltene Schicht zur Maskierung bei der örtlichen Dotierung des einkristallinen Siliziums verwendet wird.

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