DE2341832A1 - Verfahren zur herstellung einer anordnung mit einem halbleiterkoerper - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer anordnung mit einem halbleiterkoerperInfo
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Description
PHN.6494. Va/EVH.
GÜNTHER M. DAVID
Anmelder: K. V. i-'-i.i/l·;/ CU. JLAUiFwNFA
AHe-. PHN- 6494
AHe-. PHN- 6494
Anmeldung vorm 17· Aug. 1973
Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem Halbleiterkörper.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem Halbleiterkörper, bei
dem ein Teil der Oberfläche des Halbleiterkörpers einem selektiven elektrolytischen Aetzvorgang unterworfen wird,
wodurch eine an diesen Teil der Oberfläche grenzende Zone des Halbleiterkörpers, deren Dicke durch den Unterschied in
den Leitungseigenschaften zwischen der Zone und dem tiefer liegenden Halbleitermaterial bestimmt wird, entfernt wird.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine durch dieses Verfahren hergestellte Anordnung.
Bei einem solchen selektiven elektrolytischen Aetzvorgang wird z.B. Halbleitermaterial vom p-Leitfähigkeitatyp
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selektiv in bezug auf Halbleitermaterial vom n-Leitfähigkeitstyp
entfernt oder wird stark dotiertes Halbleitermaterial von einem bestimmten Leitfähigkeitstyp selektiv in bezug auf
weniger stark dotiertes Halbleitermaterial vom gleichen Leitfähigkeit styp entfernt.
Ein Verfahren der in der Einleitung genannten Art ist aus der USA-Patentschrift 3.418.226 bekannt. Dabei wird auf
einem Halbleiterkörper, der sich in der Dickenrichtung ändernde Leitungseigenschaften aufweist, eine ätzbeständige
Maskierungsschicht erzeugt, die die zu ätzenden Teile der
Halbleiteroberfläche frei lässt. Dann werden diese Teile einer selektiven elektrolytischen Aetzbehandlung unterworfen, wobei
stärker dotiertes Halbleitermaterial im bezug auf weniger stark dotiertes Halbleitermaterial vom gleichen Leitfähigkeitstyp entfernt wird.
Als Mass für die Selektivität dient das Potential des zu ätzenden Halbleitermaterials, das u.a. von dem Dotierungspegel dieses Materials abhängig ist.
Es hat sich gezeigt, dass beim bekannten Aetzvorgang, dessen Portschreiten in der Dickenrichtung mittels des
Potentials des Halbleiterkörpers geregelt werden kann, eine genaue Profilierung in seitlicher Richtung oft nicht erhalten
wird, aber dass unter der Maskierungsschicht parallel zu der Halbleiteroberfläche Unterätzung auftritt, die durch die
obenbeschriebene Potentialregelung nicht beendet wird.
Dies hat zur Folge, dass die erhaltene Genauigkeit der Profilierung für viele Anordnungen ungenügend ist·
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Auch ist es bei dem genannten Verfahren nicht möglich,
verwickeitere Profile, wie Profile mit Pegeln auf verschiedenen Tiefen im Halbleiterkörper, herzustellen.
Z.B. bei den nachstehend zu beschreibenden Ausführungsformen des Verfahrens der eingangs genannten Art muss oft eine
genaue und verwickelte Profilierung hergestellt werden.
Nach einem üblichen Verfahren wird eine Halbleiteranordnung
gemäss dem sogenannten Konturablagerungsverfahren dadurch hergestellt, dass in einem Substrat aus verhältnismässig
stark hochohmigem Halbleitermaterial Vertiefungen vorgesehen werden, wonach die Vertiefungen auf epitaktischem
Wege ausgefüllt und, nach Entfernung entweder des überschüssigen epitaktischen Halbleitermaterials oder des überschüssigen
Teiles des Substrats, in dem epitaktischen Halbleitermaterial und/oder in dem umgebenden Teil des Substrats Schaltungselemente
gebildet werden.
Bei der Herstellung einer anderen Halbleiteranordnung werden Vertiefungen an der Stelle geätzt, an der eine Oberfläche
eines Halbleiterkörpers einer Oxydationsbehandlung unterworfen werden muss, um eine wenigstens teilweise in den
Halbleiterkörper versenkte Oxydschicht zu erhalten.
Das Aetzen von Halbleiterkörpern wird nicht nur bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen, sondern auch auf
anderen Gebieten, z.B. bei der Herstellung von Auftreffplatten
für Aufnahmeröhren, verwendet, wobei in eine Halbleiterscheibe Nuten geätzt werden, um voneinander getrennte, von einem
Elektronenstrahl abzutastende Diodengebiete zu erhalten.
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- h - ■ PHN.
Ein weiteres Beispiel ist die Herstellung eines Magnetkopfes zum Einschreiben und Auslesen von Daten in einem
magnetisierbaren Medium, wobei eine Oberfläche eines Substrats aus Halbleitermaterial profiliert und dann mit einem magnetisch
wirksamen Material versehen wird. Es ist bekannt, ein solches Substrat durch eine Photoätztechnik während einer bestimmten
Zeit und bei einer bestimmten Temperatur chemisch zu ätzen. Die chemische Aetzgeschwindigkeit ändert sich aber stark mit
der Zusammensetzung und der Reinheit des verwendeten Kristalls
(der Kristalloberfläche) und ausserdem mit der Temperatur und
der Zusammensetzung der AetzflUssigkeit. Ueberdies muss zum
Erhalten z.B. eines stufenartigen Profils das Aetzen in mehreren
Schritten und muss zwischen den Aetzschritten ein Ausricht-
und Beleuchtungsschritt durchgeführt werden. Das Beleuchten über einer Vertiefung im Substrat ergibt jedoch oft eine
ungenaue Abbildung der in der Vertiefung gewünschten Konturen,
Die Erfindung bezweckt u.a., zur Herstellung der beschriebenen Anordnung und anderer Anordnungen ein Verfahren
zu schaffen, bei dem die Nachteile des beschriebenen Profilierungsverfahrens
wenigstens grösstenteils vermieden werden.
Ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit einem verhältnismässig einfachen Bearbeitungsschritt das zu entfernende
Halbleitermaterial vorbearbeitet werden kann, wodurch bei dem darauffolgenden selektiven Aetzschritt die richtige
Menge Material an der richtigen Stelle entfernt wird.
Daher ist das eingangs genannte Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass vor dem selektiven
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elektrolytischen Aetzvorgang die durch diesen Vorgang zu entfernende
Zone mit Hilfe einer örtlichen Dotierungsbehandlung gebildet wird, wodurch die Leitungseigenschaften der Zone
ausser in der Dickenrichtung auch in zu der Oberfläche parallelen Richtungen von denen des an die Zone grenzenden Halbleitermaterials
verschieden sind.
Als örtliche Dotierungsbehandlung wird vorzugsweise ein Diffusionsvorgang angewendet. Bei Diffusion kann ein
gewünschtes Konzentrationsprofil mit grosser Genauigkeit dadurch
erhalten werden, dass ein Dotierungsstoff mit einer bestimmten Konzentration z.B. aus der Gasphase während einer
bestimmten Zeit und bei einer bestimmten Temperatur durch Oeffnungen in einer Maskierungsschicht in den Halbleiterkörper
hineindiffundiert wird.
Auch können zum Erhalten eines gewünschten Konzentrationsprofils Ionenimplantation und eine darauf folgende Wärmebehandlung
angewendet werden.
Da infolge der örtlichen Dotierungsbehandlung die gebildete(n) Zone(n) auch in zu der Halbleiteroberfläche
parallelen Richtungen begrenzt ist (sind), ist die Materialentfernung bei einer selektiven Aetzbehandlung in diesen
Richtungen ebenfalls begrenzt.
Vorzugsweise wird eine örtliche Dotierungsbehandlung
angewendet, die aus mindestens zwei sich teilweise überlappenden Dotierungsschritten besteht.
Bei einer derartigen Dotierungsbehandlung kann auf verhältnismässig einfache Weise im Halbleiterkörper eine Zone
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-C- PHN.6k9k.
mit einer genau definierten und ausserdem verwickelten, z.B.
stufenartigen, Form gebildet werden.
Die Erfindung bezieht sich, weiterhin auf eine durch
das erfindungagemäese Verfahren hergestellte Anordnung.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausftihrungsbeispiel
an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigern
Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellte Anordnung, und
Fig, 2 bis 5 schematische Schnitt· durch einen Teil dieser Anordnung in aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung
mit Hilfe des erfindungsgemäesen Verfahrene, wobei Fig. 5 einen
Querschnitt längs der Linie V-V der Fig, I zeigt.
Die in den Flg. 1 und 5 dargestellte Anordnung enthält
einen Halbleiterkörper 11, wie er in einem Magnetkopf zum Einschreiben und Auslesen von Daten in einem magnetisierbarer!
Medium verwendet wird.
Die Daten werden in das nicht dargestellte magnetisierbare
Medium eingeschrieben oder von diesem Medium abgelesen an der Stelle eines Spaltes 15 in einem Nickel-Eisen-Kern
Rings um den Spalt 15 wird ein inhomogenes Magnetfeld infolge eines Stromes durch gegen den Kern 12 isolierte Wicklungen
und 1h erzeugt.
Zum Schützen des Magnetkopfes vor Abnutzung bei Berührung mit einem sich am Spalt entlang bewegenden magnetisierbaren
Medium ist es vorteilhaft, wenn der Magnetkopf selber eine möglichst ebene Oberfläche aufweist. Zu diesem Zweck ist
es erwünscht, dass der Halbleiterkörper, der als Träger des
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- ? - PHN.
Kernes 12 und der Wicklungen 13 und Ik dient, eine profilierte
Oberfläche aufweist.
Bei der Herstellung des Halbleiterkörpers wird von einer hochohmigen η-leitenden Siliciumscheibe 11 (siehe Fig. Z)
mit einem spezifischen Widerstand/3 von 3-5 O.cm, einem
Durchmesser von etwa 38 mm und einer Dicke von 250/um ausgegangen.
Die Profilierung wird dadurch erhalten, dass ein Teil
einer Oberfläche der Siliciumscheibe einem selektiven elektrolytischen
Aetzvorgang unterworfen wird. Dabei wird eine an den betreffenden Teil der Oberfläche grenzende Zone der Siliciumscheibe
entfernt. Die Dicke der zu entfernenden Zone wird durch den Unterschied in den Leitungseigenschaften zwischen
der Zone und dem tiefer liegenden Halbleitermaterial bestimmt.
Nach der Erfindung wird die zu entfernende Zone mit Hilfe einer örtlichen Dotierungsbehandlung gebildet, wodurch
die Leitungseigenschaften der Zone ausser in der Dickenrichtung auch in zu der Oberfläche parallelen Richtungen von
denen des an die Zone grenzenden Siliciums verschieden sind. Im vorliegenden Beispiel wird als örtliche Dotierungsbehandlung
ein Diffusionsvorgang, durchgeführt, der aus zwei sich teilweise überlappenden Schritten besteht.
Auf übliche Weise wird dabei auf der Oberfläche 21 der Siliciumscheibe 11 thermisch eine Siliciumoxydschicht 22
angewachsen und mit Hilfe einer Photoätztechnik mit Oeffnungen mit Abmessungen von 200 χ 300 /um versehen.
Auf der Siliciumoxydschicht und in den Oeffnungen wird
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? 3 Λ 1 8 3 2
eine Phosphatglasschicht 24 dadurch gebildet, dass die Scheibe
45 Minuten lang in einem POCl„-Strom bei 10000C gehalten wird.
Dann wird die Scheibe 4,5 Stunden lang auf 12000C
gehalten, wodurch 9/u.m tiefe η -Gebiete 25 mit einem spezifischen
Widerstand von ca, 0,03 Ci, cm diffundiert werden.
Danach werden die Schichten 22 und 24 entfernt und folgt dem beschriebenen ersten Diffusionsschritt ein den ersten Diffusionsschritt überlappender zweiter Diffusionsschritt, der von dem
ersten Schritt in bezug auf die Form der Siliciumoxydschicht
(siehe Fig. 3) und der Phosphatglasschicht "}2 und in bezug
auf die Darter der Diffusion (1 Stunde statt 4,5 Stunden) verschieden ist,
Während der Diffusion nimmt die Tiefe der in Fig. 3 gestrichelt dargestellten Gebiete 25 von 9 ,um auf 10 ,um zu
und bilden die Gebiete zusammen mit den während des zweiten Diffusionsschrittes gebildeten 4/um tiefen Gebieten eine
Zone 26.
Anschliessend werden die Schichten 31 und 32 entfernt
und wird die Oberfläche 21 auf übliche Weise einem selektiven elektrolytischen Aetzvorgang unterworfen, durch den die Zone
entfernt wird. Der Aetzvorgang erfolgt z.B. in einer wässrigen Lösung von 5$ HF, wobei an die Silicitunscheibe eine Spannung
von +0,5 - 2 V in bezug auf eine Platinelektrode angelegt wird. Der Aetzvorgang dauert einige Minuten. Manchmal erhält die
Oberfläche eine braune Farbe, die durch eine kurzzeitige Oxydation und anschliessendes Tauchätzen in einer HF-Lösung
beseitigt werden kann. Die Rauhigkeit der erhaltenen Oberfläche
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beträgt weniger als 0,1 /um. Die Oberfläche weist keine schroffen
Uebergänge auf und eignet sich besonders gut zum üeberziehen durch Zerstäubung, Mit Hilfe der beschriebenen Diffusionsschritte ist die Form der Zone 26 durch die Anfangskonzentration
des Phosphors an der Oberfläche, die Temperatur und die Dauer der Diffusionen definiert. Die Oeffnungen in den Oxydschichten
und 31 sind ebenfalls genau definiert, weil bei der angewandten Photoätztechnik stets auf einer ebenen Oberfläche ausgerichtet
werden kann. Auf übliche Heise wird in folgenden Bearbeitungsschritten die in Fig. 4 gezeigte profilierte Oberfläche 21
der Siliciumscheibe 11 mit den ¥icklungen 13 und 14 und dem Kern 12 versehen.
Nach Oxydation wird auf die Oberfläche 21 eine 500 S.
dicke Chrom/Goldschicht 4i aufgedampft und mit einer Photolackschicht
42 versehen, in der Oeffnungen 43 vorgesehen werden,
die die niedrigstliegenden Vertiefungen 44 im Siliciumkörper
11 frei lassen. Die Photolackschicht 42 dient als
Maskierung beim elektrolytischen Ausfüllen der etwa 6/um tiefen Vertiefungen 44 mit Kupfer, wodurch unterste Teile der Wicklungen
13 und 14 gebildet werden.
Dann wird die Photolackschicht 42 entfernt und werden die frei liegenden Teile der Chrom/Goldschicht 41 einem
Sputtervorgang unterworfen. Auf die ganze Oberfläche wird eine SiIiciumoxydschicht 51 aufgesputtert. Auf der Schicht 51
wird durch Sputtern und Photoätzen der Nickel-Eisen-Kern 12 gebildet. Darauf wird wieder eine Siliciumoxydschicht 52 gesputtert,
in die Oeffnungen geätzt werden, durch die zu beiden
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Seiten eines Teiles 16 des Kernes 12 Teile der unteren Teile der Wicklungen 13 und 14 frei gelegt werden.
Die oberen Teile der Wicklungen 13 und 14 werden
durch Aufsputtern von Chrom/Gold und durch Photoätzen gebildet. Die ganze Oberfläche, mit Ausnahme der Mitte 17 des
Teiles 16, wird mit einer Siliciumoxydschicht 53 abgedeckt, die
eine derartige Dicke aufweist, dass ihre Oberfläche auf der gleichen Höhe wie die Oberfläche der Mitte 17 liegt.
Durch Aetzen wird in der Mitte 17 der Spalt 15 gebildet.
Die Wicklungen 13 und 14 sind mit Anschlussleitern 18 bzw.
v.er sehen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel. So kann der Halbleiterkörper z.B, p-leitend
sein und kann bei der Dotiertingsbehandlung eine ρ -Zone gebildet
werden. Die Anwendung eines Halbleiterkörpers als Substrat ergibt ausserdem den Vorteil, dass Halbleiterschaltungselemente
im Substrat gebildet werden können.
Naturgemäss kann im Rahmen der £rfindung der Magnetkopf
eine andere Form als im beschriebenen Beispiel aufweisen, Ausser Magnetköpfen können durch das erfindungsgemässe Verfahren
z.B. auch die bereits erwähnten Auftreffplatten oder
Halbleiteranordnungen hergestellt werden.
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Claims (2)
- -rf-1 'AT JSIi1 . } Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einem Halbleiterkörper, bei dem ein Teil der Oberflache des Halbleiterkörpers einem selektiven elektrolytischen Aetzvorgang unterworfen wird, wodurch eine an den betreffenden Teil der Oberfläche grenzende Zone des Halbleiterkörpers, deren Dicke durch den Unterschied in den Leitungseigenschaften zwischen der Zone und dem tiefer liegenden Halbleitermaterial bestimmt wird, entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem selektiven elektrolyt!sehen Aetzvorgang die durch diesen Vorgang zu entfernende Zone mit Hilfe einer örtlichen Dotierungsbehandlung gebildet wird, wodurch die Leitungseigenschaften der Zone ausser in der Dickenrichtung auch in zu der Oberfläche parallelen Richtungen von denen des an die Zone grenzenden Halbleitermaterials verschieden sind,
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als örtliche Dotierungsbehandlung ein Diffusionsvorgang verwendet wird.3« Verfahren nach Anspruch 1 oder Z1 dadurch gekennzeichnet, dass eine örtliche Dotierungsbehandlung angewendet wird, die aus mindestens zwei sich teilweise überlappenden Dotierungsschritten besteht.k. Anordnung mit einem profilierten Halbleiterkörper, vorzugsweise Magnetkopf zum Einschreiben und Auslesen von Daten in einem magnetisierbaren Medium, die durch das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt ist.40981 1/0871Lee (L rs eite
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