DE2621165A1 - Verfahren zum herstellen eines metallkontaktes - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines metallkontaktes

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Description

Deutsche ITT Industries GmbH A. San U 2
Hans-Bunte-Str. 19, 7800 Freiburg Go/sp
6. Mai 1976
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
FREIBURG I. BR.
Verfahren zum Herstellen eines Metallkontaktes
Die Priorität der Anmeldung Nr. 578 774 vom 19. 5. 1975 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.
Die Erfindung beschäftigt sich verallgemeinernd mit einem Verfahren zum Herstellen eines metallischen Kontaktes an einer vergrabenen Schicht eines Halbleiterbauelementes, insbesondere mit der Herstellung einer integrierten Festkörperschaltung mit einer elektrischen Isolation zwischen ihren Funktionselementen und Metallkontakten, welche unmittelbar eine vergrabene Schicht kontaktieren.
Zur Herstellung von Kontakten an vergrabenen Schichten in Halbleiterbauelementen wurden bisher eine Anzahl von Verfahren an-
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gewendet; die meisten haben sich jedoch in verschiedenen Hinsichten als unvorteilhaft erwiesen.
Bei einem ersten Verfahren, bei dem eine p-leitende Epitaxschicht über einer η -leitenden vergrabenen Schicht aufgebracht wird, die beispielsweise als Kollektorzone eines Transistors dienen kann, ist zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht die Tiefdiffusion einer Zone durch die p-leitende Epitaxschicht erforderlich. Diese wird im allgemeinen als Eintreibdiffusion (sink-diffusion) bezeichnet. Diese ist jedoch ein Hochtemperaturprozeß, der normalerweise über eine Zeitdauer von einigen Stunden bei einer Temperatur von etwa 1000 0C durchgeführt wird. Es ist bekannt, daß irgendein Hochtemperaturprozeß während der Herstellung der Halbleiterbauelemente schädigend wirksam sein kann, da beträchtliche Spannungen auf die Elemente ausgeübt werden, was eine verminderte Ausbeute zur Folge hat. Außerdem ist es bei Anwendung eines Tiefdiffusionsprozesses (Eintreibdiffusion) erforderlich, daß die vergrabene Schicht mit einem Dotierungsmittel dotiert ist, welches nur geringfügig bei dem anschließenden Hochtemperatur-Tiefdiffusionsprozeß beeinflußt wird. Ein Beispiel für ein Dotierungsmittel, welches mit einem Tiefdiffusionsprozeß vereinbar ist, würde Antimon sein.
Bei einem zweiten Verfahren, das mit einer η-leitenden Epitaxschicht verbunden ist, ist eine Tiefdiffusion nicht erforderlich und der Kontakt kann oben auf der η-leitenden Epitaxschicht angebracht werden. Da die η-leitende Epitaxschicht aber normalerweise eine niedrige Verunreinigungskonzentration aufweist, ist es jedoch erforderlich, große Flächen der vergrabenen Kollektorschicht zu kontaktieren, wodurch der Kollektorwiderstand erhöht wird.
Keine der oben beschriebenen Lösungsversuche sind zur Herstellung von rauscharmen Bauelementen geeignet. Alle herkömmlichen Verfahren sind daher mangelhaft. Sie sind entweder zeitaufwendig,,scha-
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digen das Halbleitermaterial unter Verminderung der Ausbeute
aufgrund einer übermäßigen Behandlung bei extremen Temperaturen
oder erfordern große Kontaktflächen, welche wiederum die Möglichkeiten einer flächenmäßigen Verdichtung der Bauelemente erschweren.
Die Erfindung beschäftigt sich somit u. a. mit der Herstellung
von Metallkontakten unmittelbar an vergrabenen Schichten in Halbleiterbauelementen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe der Herstellung eines Halbleiterbauelements zugrunde, bei dem gleichzeitig mit dem Herstellen von Metallkontakten durch halbleitende Zwischenschichten die Anzahl
der erforderlichen Maskierungs- und Diffusionsprozesse vermindert werden kann.
Eine Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung betrifft die Herstellung "eines Halbleiterbauelements, bei dem nicht nur Aluminiumkontakte unmittelbar an vergrabenen Schichten angebracht werden, sondern auch noch eine Isolation zwischen den aktiven Schaltungselementen unter Verwendung von anodisch oxydiertem Aluminium als Dielektrikum gewährleistet ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes durch eine halbleitende Zwischenschicht des ersten Leitungstyps, welche unter Bildung eines pn-übergangs auf einem Substratkörper des zv/eiten Leitungstyps angeordnet ist.
Die vorstehend erwähnte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im kennzeichnenden Teil des anliegenden Anspruchs 1 genannten Verfahrerismaßnahmen gelöst.
Die Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung beschäftigt
. sich, abgesehen von einer metallischen Kontaktierung einer vergrabenen Schicht, mit der elektrischen Isolierung der metalli-
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sehen Kontaktierung gegen den erwähnten pn-übergang.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aus-, führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung erläutert,
deren Fig. 1
deren Fig. 2
schematisch den Arbeitsprozeß der anodischen Oxydation des Aluminiums an einer integrierten Schaltung veranschaulicht,
ausschnittsweise die Aufsicht auf eine Halbleiterplatte mit einer Mehrzahl von daran ausgebildeten Festkörperschaltungselementen zeigt, welche mit einem gemeinsamen ZwisehenVerbindungsanschluß zu versehen sind,
deren Fig. 3 bis 16 ausschnittsweise Querschnittsansichten
"einer integrierten Festkörperschaltung bei verschiedenen Herstellungsstadien entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen,
deren Fig. 17 bis 19 drei mögliche Verfahren zum Belichten der Halbleiterplatte unter einem bestimmten Einfallswinkel veranschaulichen,
deren Fig. 20 bis 22 zur Erläuterung des Problems der Belichtung von länglichen Bohrungen mit Parallelstrahlen einer Lichtquelle und Mittel zur Lösung des Problems dienen und
deren Fig. 23 bis 25- Querschnittsansichten eines Teils einer integrierten Schaltung bei verschiedenen Fabrikationsstadien entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung zeigen.
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Das Verfahren nach der Erfindung zur Kontaktierung einer vergrabenen Schicht eines Halbleiterbauelements wird im folgenden, wie vorstehend erwähnt, in Verbindung mit der Herstellung einer halbleitenden integrierten Schaltung mit einer Isolation aus anodisch
2
oxydiertem Aluminium (A I) beschrieben. Am Anfang sollte jedoch bemerkt werden, daß das Verfahren zum Herstellen von Kontakten unmittelbar an vergrabenen Schichten Anwendung in jedem Fall findet, wenn eine vergrabene Schicht zu kontaktieren ist, und keine Beschränkung auf eine Anwendung in Verbindung mit durch anodisch oxydiertes Aluminium erzielte Isolation besteht. Da die Herstellung von Aluminiumkontakten unmittelbar an vergrabenen Schichten jedoch eine Technik ist, welche sehr gut vereinbar mit der Herstellung von Halbleiterbauelementen an integrierten Festkörperschaltungen ist, in denen eine durch anodisch oxydiertes Aluminium erzielte Isolation angewendet wird, wird diese Technik in Ver-
2
bindung mit einer A I-Modifikation beschrieben.
Nach dem älteren Verfahren der Patentanmeldung P 25 50 346.2 wird das Problem der elektrischen Isolierung zwischen aktiven Schaltungselementen durch eine örtliche anodische Oxydation von Aluminium gelöst, das in Isoliergräben abgeschieden wurde. Ist das Aluminium einmal örtlich anodisch oxydiert, dann wird das nichtoxydierte Aluminium durch Anwendung von Verbindungen entfernt, welche zwar das reine Metall angreifen, jedoch eine sehr geringe Wirkung auf das anodisch oxydierte Metall ausüben. Der Zwang zum Polieren oder Läppen, was im allgemeinen bei herkömmlichen Isolationsverfahren erforderlich ist, wird somit behoben.
Zum klaren Verständnis der Erfindung wird eine kurze Beschreibung
2
des A I-Prozesses für erforderlich gehalten. Eine vollständigere Erörterung kann in der vorstehend genannten Patentanmeldung gefunden werden.
Auf einem p-leitenden Substratkörper kann epitaktisch eine Doppelschicht aus η-leitendem Halbleitermaterial aufgebracht werden. Zur
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Herstellung von Kollektorelementen mit niedrigem Widerstand erhält eine dieser Epitaxschichten, die an den p-leitenden Substratkörper angegrenzt, eine hohe Konzentration an η-dotierenden Verunreinigungen. Die äußere Fläche der Epitaxschicht wird zur Ausbildung einer isolierenden Schutzschicht aus einem Oxid oxydiert. Die Oxidschichten und die Epitaxschicht werden in gewählten Isolierbereichen zwischen den Kollektoren der aktiven Schaltungselemente unter Freilegung eines Teils des Substratkörpers abgeätzt und dadurch die isolierenden Gräben erzeugt. Danach wird auf die Oberfläche Aluminium aufgedampft, was im Hinblick auf geringstmögliche Störung des Halbleitermaterials bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird. Die aufgedampfte Aluminiumschicht weist vorzugsweise eine Dicke auf, die etwa zwei Drittel der Tiefe des isolierenden Grabens beträgt. Diese Bemessung erfolgt im Hinblick darauf, daß während der anodischen Oxydation das anodisch oxydierte Aluminium volumenmäßig um den Faktor von etwa 1,5 zunimmt und die Oberfläche des anodisch oxydierten Aluminiums daher mit der Oberfläche der Epitaxschicht fluchten wird.
Es wurde festgestellt, daß ein poröser anodisch oxydierter Film aus Aluminium bei Verwendung einer der folgenden Elektrolyte ausgebildet werden kann: Schwefelsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure oder Chromsäure. Die Konzentration des Elektrolyts kann entsprechend der zu erzielenden Schichtdicke und anderen Dimensionierungsüberlegungen verändert werden. Ist beispielsweise eine Schicht mit einer Dicke zwischen 7 und 8 μΐη erwünscht, so ist eine Lösung mit 4,228 ml entionisiertes Wasser, 660 ml Schwefelsäure und 56 g Oxalsäure geeignet. Während die Lösung auf einer Temperatur zwischen 0 ° und 10 0C gehalten wird, wird eine Potentialdifferenz von 10 bis 50 Volt an die Elektroden zur Erzie-
lung einer Anfangsstromdichte von 0,335 mA/mm angelegt. Die angelegte Potentialdifferenz wird sich nach den Ausbildungsbedingungen richten.
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Die Fig. 1 veranschaulicht/ auf welche Weise eine anodische Oxydation durchgeführt werden kann. Das Halbleiterelement 2 wird in eine einen Elektrolyt enthaltende anodisch oxydierende Lösung getaucht. Die Kathode 6 wird gleichfalls in die Lösung eingebracht. Während der anodischen Oxydation stellt das in den isolierenden Gräben befindliche Metall die Anode dar. Dies kann dadurch erreicht werden, daß unmittelbar an das Metall in den isolierenden Gräben ein positives Potential angelegt wird. Falls das positive Potential an das Metall angelegt werden muß, wäre es äußerst umständlich, jede der isolierenden Gräben getrennt 2U kontaktieren. Die Fig. 2 zeigt daher eine Halbleiterplatte 8, auf der eine Mehrzahl von integrierten Festkörperschaltungen 10 angebracht sind, welche metallische Leitbahnen 12 aufweisen,die jede der Festkörperschaltungen verbinden. Die Leitbahnen 12 sind lediglich Verlängerungen des in den Isolationsgräben vorhandenen Metalls. Zum Anlegen des Anodenpotentials an sämtliche auf der Halbleiterplatte 8 befindlichen Festkörperschaltungen ist eine einzelne Kontaktfläche 16 vorgesehen. Wie noch zu beschreiben ist, wird bei der Herstellung eines Aluminiurakontaktes unmittelbar an einer vergrabenen Schicht der Aluminiumkontakt nicht mit den zum Zwecke der Isolation anodisch zu oxydierenden Aluminiumteile verbunden und daher nicht anodisch oxydiert.
Im folgenden wird die Herstellung eines Halbleiterbauelements beschrieben, bei dem Metallkontakte unmittelbar an vergrabenen Schichten angebracht werden. Das Verfahren wird lediglich im Interesse der Vereinfachung in Verbindung mit dem Prozeß einer Isolation durch anodische Oxydation von Aluminium beschrieben. Es soll wiederholt werden, daß das Anbringen von Metallkontakten un mittelbar an vergrabenen Schichten nicht auf Herstellung von sol chen Bauelementen beschränkt ist, bei denen die elektrische Isolation zwischen den aktiven Schaltungselementen durch anodieche Oxydation von Aluminium vorgenommen wird.
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Die Fig. 3 zeigt einen Substratkörper 18 in Form einer üblichen Halbleiterplatte, vorzugsweise aus Silicium, vom p-Leitungstyp und mit einem spezifischen Widerstand von etwa 1 Q. · cm; selbstverständlich kann auch η-leitendes Halbleitermaterial verwendet werden.
Zum Ausbilden einer oxydischen Isolierschicht 20 auf dem Substratkörper 18 wird dieser nun einer Oxydbehandlung unterworfen. Dies veranschaulicht die Fig. 4.
Als nächstes wird unter Freilegung der Oberfläche des Substratkörpers 18 ein bestimmter Bereich 22 der Isolierschicht 20 unter Anwendung eines herkömmlichen Prozesses, wie ein photolithographischer Ätzprozeß, entfernt. Die verbleibenden Teile der Isolierschicht 20 bilden eine Maskierung gemäß der Fig. 5.
Unter Verwendung der Isolierschicht 20 als Maskierung wird eine η -dotierte vergrabene Schicht 24 in den Substratkörper 18 diffundiert. Die vergrabene Schicht 24 wird den Kollektor des herzustellenden Transistors darstellen. Die so erhaltene Struktur zeigt ■ die Fig. 6. Da bei Anwendung herkömmlicher Kontaktierungsverfahren das Bauelement einem Hochtemperaturprozeß unterworfen wird, wobei eine Tiefendiffusion einer η -dotierten versenkten Zone stattfinden würde (normalerweise bei einer Temperatur von 1000 0C), wurde Antimon als Dotierung der η -leitenden Schicht 24 aufgrund der Tatsache verwendet, daß Antimon bis zu einer Temperatur von 1-250 0C nicht wesentlich diffundiert. Da aber, wie noch zu beschreiben ist, der bei einer hohen Temperatur erfolgende Eintreibtief diffusionsprozeß zum Fortfall gebracht wird, wird die Verwendung von anderen Dotierungsmitteln, wie Phosphor, für die vergrabene Schicht 24 möglich.
Obwohl als bevorzugte Methode zur Herstellung der Isolierschicht eine Oxydation des halbleitenden Substratkörpers angewendet wird,
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kann die Isolierschicht auch durch Abscheiden von Siliciumnitrid oder einem Oxid hergestellt werden, welches sowohl isolierend ist als auch einem Siliciumätzmittel widersteht.
Danach werden, wie die Fig. 7 veranschaulicht, die verbleibenden Teile der oxydischen Isolierschicht 20 entfernt und eine p-leitende Epitaxschicht 25 unter Verwendung von Bor-Verunreinigungsatomen oder irgendeinem der bekannten p-dotierenden Verunreinigungen aufgebracht, so daß der p-Leitungstyp der Epitaxschicht erhalten wird. Der epitaxiale Prozeß erfolgt bei einer Temperatur von etwa 980 0C. Das Wachstum geschieht solange, bis eine Schicht in einer Dicke von etwa 2 bis 4 μΐη + 0,1 μΐη erhalten wird.
Auf der Oberfläche der Epitaxschicht 25 wird dann gemäß der Fig. 8 eine Oxidschicht 26 erzeugt und unter Anwendung bekannter Prozesse ein ausgewählter Bereich 28 der Oxidschicht 26 durch Ätzen unter Freilegung eines Teiles der Oberfläche der Epitaxschicht 25 entfernt. Die verbleibenden Teile der Oxidschicht 26 bilden eine Maske für die nachfolgende Emitterdiffusion. Unter Verwendung der Oxidschicht 26 als Maske wird gemäß der Fig. 9 die Emitterzone 30 vom η -Leitungstyp in die Epitaxschicht 25 diffundiert. Dazu kann jede η-dotierende Verunreinigung, beispielsweise Phosphor, Arsen oder Antimon, verwendet werden. Das Bauelement wird dann einem weiteren Oxydationsprpzeß unterworfen, so daß sich eine Oxidschicht 32 auf der gesamten Oberflächenseite des Bauelements ausbildet. Dies veranschaulicht die Fig. 10.
Dann werden bestimmte Teile der Oxidschicht 32 über solchen Bereichen entfernt, welche sowohl den Isolationsgräben als auch der zum Kontaktieren der vergrabenen Schicht vorgesehenen Einsenkung entsprechen. Die freigelegte p-leitende Epitaxschicht, Teile des Substrates und der vergrabenen Schicht werden dann unter Verwendung der verbleibenden Teile der Oxidschicht 32 als Maskierung abgeätzt. Die Fig. 11 zeigt die erhaltenen Isolationsgräben 34 und 36 und die Einsenkung 38. - '
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Dann wird entsprechend der Fig. 12 eine Oxidschicht 40 mit einer
Dicke von etwa 2500 A hergestellt, welche sowohl die Einsenkung als auch die Isolationsgräben auskleidet. Zur Unterdrückung einer Inversionsbildung kann eine schwache Bordotierung während dieses Oxydationsprozesses angewendet werden.
Nach der EmitterOxydation wird eine Beschichtung mit einem handels-
dieser
üblichen negativen Photolack auf die Platte aufgebracht, aurch Abschleudern verteilt und der Photolack unter einem Richtungswinkel, wie die Fig. 12 zeigt, im Licht einer Parallelstrahlenguelle belichtet. Es ist erkennbar, daß lediglich der Photolack am Boden der Einsenkung unbelichtet bleibt. Die Fläche des unbelichteten Bereichs kann über den Einfallswinkel des Lichtes der Parallelstrahlenquelle gesteuert werden. Da die Breite der Isolationsgräben größer ist als die Breite der Einsenkung, bleibt kein Flächenteil des Isolationsgraben bei einem bestimmt gewählten Einfallswinkel des Lichtbündels unbelichtet.
Danach wird derjenige Teil des negativen Photolackes, der unbelichtet blieb, während der Entwicklung entfernt und anschließend die freigelegte Oxidfläche geätzt, wobei die als Kollektor verwendete vergrabene Schicht 24 gemäß der Fig. 13 freigelegt wird.
Gemäß der Fig. 14 wird unter Ausbildung eines leitenden Überzuges auf der Oxidschicht 40 und auf der freigelegten Fläche 42 der vergrabenen Schicht 24 ein Metall, vorzugsweise Aluminium, auf die Oberfläche der so hergestellten Struktur aufgedampft.
Wie aus der Fig. 14 ersichtlich, wurde ein Metallkontakt 46 unmittelbar an der vergrabenen Schicht 24 angebracht. Der in den Isolationsgräben 34 und 36 aufgebrachte metallisch leitende Überzug wird dann zur Herstellung eines der elektrischen Isolation zwischen benachbarten aktiven Schaltungselementen dienenden Isolationsmaterials 45 selektiv anodisch behandelt, wie die Fig.
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veranschaulicht. Dies wird, wie bereits erwähnt, durch Anlegen eines positiven Potentials an das in den Isolationsgräben befindliche Metall erzielt und kann auf eine Weise erreicht werden, wie in Verbindung mit der Fig. 2 beschrieben wurde. Außerdem verbleibt das in der Einsenkung 38 befindliche Metall, welches die vergrabene Schicht 24 kontaktiert, anodisch unbehandelt, da es auf jeden Fall mit dem Metall in den Isolationsgräben nicht in Verbindung steht. Ferner sind auch die Metallschichtteile 48 mit"dem Metall in den Isolationsgräben während der anodischen Behandlung nicht verbunden und verbleiben gleichfalls unbehandelt.
Nach Aufbringen eines handelsüblichen positiven Photolacks werden die freiliegenden Oberflächen des Bauelements im Parallelstrahlbündel einer Lichtquelle unter einem spitzen Winkel gemäß der Fig. 14 belichtet. Dadurch verbleiben die unbelichteten Teile des Photolackes bei der Entwicklung, während die belichteten Photolackflächenteile abgewaschen werden. Anschließend werden die anodisch unbehandelten aus Aluminium bestehenden Metallschichtteile 48, welche den Parallelstrahlen der Lichtquelle ausgesetzt waren, entfernt, wobei eine Verbindung, beispielsweise Eisen-III-Chlorid oder eine Bromverbindung, verwendet wird, welche das Aluminium angreift. Die aus Aluminium bestehenden Metallschichtteile 48 könnten natürlich auch vor der anodischen Behandlung entfernt werden. Dies würde vollständig die Möglichkeit der unerwünschten anodischen Behandlung aufgrund von Fadenkontakten mit dem Aluminium in den Isoliergräben ausschließen. Die Fig. 15 zeigt die erhaltene Struktur. Als nächstes werden nach Anwendung eines vorletzten Maskierungs- und Ätzprozesses zur Emitterzone 30 und zur Basiszone 50 Kontaktöffnungen hergestellt und entsprechend den üblichen Verfahrensweisen des bekannten Standes der Technik ein Kontaktmetall aufgedampft. Schließlich wird das Metall maskiert und zum Herstellen der Zwischenverbindungen geätzt. Die fertige Struktur veranschau- ■ licht die Fig. 16. :
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Offensichtlich kann bei Verwendung einer p-leitenden Epitaxschicht und einer Isolation aus anodisch oxydiertem Aluminium eine Transistorstruktur unter Anwendung von insgesamt fünf Maskierungsschritten und lediglich zwei Diffusionsschritten hergestellt werden. Außerdem kann eine dünnere Epitaxschicht zur Anwendung kommen; gerade für eine vorgegebene Dotierungsdichte dick genug und dabei unempfindlich gegen Kollektor-Emitter-Leckströrne. Zusammenfassend können Bauelemente mit p-leitenden Epitaxschichten kleineren Abmessungen mit großer Ausbeute hergestellt werden.
Die Fig. 12 und 14 beziehen sich auf die Belichtung eines negativen oder positiven Photolacks durch einen planparallelen Strahl. Die Belichtung durch schräg auftretendes Licht kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden.
Die erste Ausführungsform gemäß der Fig. 17 zeigt eine einfache Spannvorrichtung 52 mit einer einstellbaren Plattenhalterung 54. Die Plattenhalterung 54 kann zur Belichtung der Platte 56 gegenüber dem planparallelen Licht 58 einer Lichtquelle mit irgendeinem bestimmten Winkel θ eingestellt werden. Um eine vollständige Belichtung zu erzielen, kann die Platte ein Viertel der für eine vollständige Belichtung erforderlichen Gesamtbelichtungszeit viermal belichtet werden, wobei die Platte 56 jedesmal um 90° gedreht wird.
Eine zweite Methode zeigt die Fig. 18. Die Platte 56 wird auf dem Rotor 60 befestigt, der entsprechend dem erforderlichen Einfallswinkel justiert wird. Die Platte 56 rotiert während der gesamten Belichtungszeit.
Eine dritte Methode bedarf der Verwendung von vier senkrecht zueinander angeordneter Lichtquellen 62, 64, 66 und 68, welche im erforderlichen Winkel zur Platte angeordnet sind. Die Platte kann
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dann in die Belichtungskammer 70 mittels eines Förderbandes 72 befördert v/erden. Die Geschwindigkeit des Förderbandes 72 wird so eingestellt, daß für die Platte 56 die erforderliche Aufenthaltsdauer in der Belichtungskammer 70 gewährleistet ist. Dies - veranschaulicht die Fig. 19.
Im Falle von länglichen Ausnehmungen müssen besondere Erwägungen getroffen werden. Quadratische Ausnehmungen benötigen eine Belichtung durch nur in einem Winkel einfallendes Licht, so daß alle drei der oben beschriebenen Einrichtungen anwendbar sind. Im Falle einer länglichen Ausnehmung kann jedoch, falls eine einzelne Lichtquelle mit einem einzigen Einfallswinkel verwendet wird, das Problem einer unerwünschten Belichtung auftreten, wie in der Fig. 20 skizziert ist.
Die Fig. 20 zeigt eine längliche Ausnehmung 74, deren Länge L wesentlich größer ist als ihre Breite W. Die Fig. 20 zeigt außerdem die Schattenbilder für die Fälle, daß das Parallellichtstrahlenbündel im Winkel θ auf die Ausnehmung in einer Richtung parallel zu ihrer Länge und im gleichen Winkel θ parallel zu ihrer Breite auftrifft. Es ist ersichtlicht, daß bestimmte Teile der Ausnehmung nicht ausreichend belichtet werden.
Es wurde hinsichtlich der Verwendung des Verfahrens der rotierenden Belichtung entdeckt, daß sogar längsgestreckte Ausnehmungen selektiv belichtet werden können. Im Falle längsgestreckter Ausnehmungen wird vorzugsweise ein kleiner Einfallswinkel des auftreffenden Lichtstrahles verwendet, beispielsweise zwischen 3° und 5°.
Bei integrierten Festkörperschaltungen ist eine Ausnehmungsbreite von etwa 5 bis 10 μΐη charakteristisch; die Tiefen schwanken von etwa 2 μπι bis 10 μΐΏ. Die Tabelle I zeigt die größtmöglichste Längsstreckung für Nullbelichtung am Boden der Ausnehmung bei Verwendung eines mit 4° geneigt auftreffenden Lichtstrahles. Die Ta-
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belle I veranschaulicht die Beziehung zwischen der Tiefe der Ausnehmung und der Schattenlänge, wie sie in der Fig. 21 gezeigt sind.
Tabelle I 4° Auftreffwinkel Schattenlänge (μΐη)
Tiefe der Ausnehmung (μπι) 28,57
2 57,14
4 85,71
6 114,29
8 142,86
10
Die einzige verbleibende Frage betrifft die Belichtung des Bodens der länglichen Ausnehmung jenseits der Schattenlänge. Da die Platte rotiert, wird der Teil jenseits der Schattenlänge dem Licht lediglich einem Bruchteil der Belichtungszeit ausgesetzt. Die Wirkung der Belichtungszeit kann unter Verwendung des Modells der Fig. 22 abgeschätzt werden, die eine längliche Ausnehmung mit der Breite W zeigt. Die prozentuale effektive Belichtungszeit entspricht (0/360°) χ 100.
In der Tabelle II ist näherungsweise die effektive Entwicklungszeit jenseits der Schattenlänge als Funktion der Ausnehmungs-
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breite für eine längliche Ausnehmung mit typischen Tiefenwerten 2 μπι, 6 μια und 1O (im dargestellt.
Tabelle II 4° Auftreffwinkel 8 μπι 10 μΐη 15 μπι 30 μπι 60 μπι
Tiefe der
Ausnehmung		 4 % C Q.
Ό ν 		8 % 16 % 26 %
% effektive Belichtungszeit jenseits der
Schattenlänge für verschiedene Breiten der
Ausnehmung (1<Schattenlänge < 2)		 2 % O Q. 3 % 6 % 11 %
2 μπι 5 μπι 2 % 2 % 2 % 3 %
6 μπι 3 %
1O μια
Die tragbare dcfektive Belichtungszeit wird natürlich vom Photolacktyp abhängen. Da ferner die Belichtung unter einem kleinen Einfallswinkel erfolgt, wird der Photolack dicker erscheinen und es muß daher Spielraum gegeben werden, um im Bedarfsfalle eine zusätzliche Belichtungszeit vorzusehen.
Um die Herstellung des vorstehend beschriebenen Halbleiterbauelements zu vereinfachen, kann ein Doppelbelichtungsverfahren angewendet werden. Im Hinblick auf die Fig. 12 wird eine erste Maskierung verwendet, welche die Entwicklung des negativen Photolacks in allen Teilen der Platte mit Ausnahme der eingesenkten Ausnehmung 38 erlaubt. Danach wird eine zweite Belichtung durchgeführt, um die erwünschte Belichtung an den senkrechten Wänden der eingesenkten Ausnehmung zu erzielen. Dies wird unter Verwendung eines winklig auftreffenden Lichtstrahls erreicht, wie , bereits in .Verbindung mit den Fig. 17 bis 19 beschrieben wurde.
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Danach wird der Photolack auf der Platte entwickelt. Diese Technik stellt sicher, daß nichts der Oxidschicht 40 innerhalb der Isolationsgräben 34 und 36 während des anschließenden Ätzens des in der Ausnehmung befindlichen Oxids abgeätzt wird. Diese Technik stellt ferner sicher, daß der Boden der Ausnehmung 38 keiner unerwünschten Belichtung bei dem Bemühen ausgesetzt ist, die Isolationsgräben vollständig zu belichten. Dies bleibt sogar dann gültig, wenn die Breiten der Isolationsgräben gleich oder weniger als die Breite der Ausnehmung sind. Das Aluminium oben auf der Platte (vgl. Fig. 14) wird entfernt, bevor die anodische Oxydation des Aluminiums innerhalb der Isolationsgräben unter Anwendung eines positiven Photolacks, wie beschrieben, erfolgt. Dies stellt sicher, daß kein Oberflächenaluminium unbeabsichtigt anodisch behandelt wird. Dies macht ferner die Notwendigkeit der Verwendung von Eisen-III-Chlorid zur Entfernung des Aluminiums überflüssig und erlaubt die Verwendung eines herkömmlichen Aluminium-Ätzmittels .
Wie bereits erwähnt, kann das vorstehend beschriebene Verfahren natürlich auch verwendet werden, um Metallkontakte von der oberen Plattenoberfläche an einen Substratkörper anzubringen, falls keine vergrabenen Schichten vorgesehen sind. Beispielsweise erfordern Verfahren mit einer Isolation durch einen Isolator im allgemeinen eine ρ -leitende Tiefdiffusion durch die η-leitende Epitaxschicht, um einen Kontakt unmittelbar an den ρ -leitenden Substratkörper von der Plattenoberfläche herzustellen. Das Verfahren zum Herstellen eines Metallkontaktes unmittelbar an den Kollektor kann natürlich auch auf den Fall des Substrats angewendet werden. Im Substratfall (oder überhaupt Kollektor) muß das Metall in der Ausnehmung lediglich dick genug sein, um den pn-übergang "kurzzuschließen" , und der Metallkontakt kann, anstatt der Kontaktierung des Metalls in der Ausnehmung, von der Oberfläche der Platte hergestellt werden.
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Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung beschrieben, wobei die Notwendigkeit einer Oxidschicht an den Wänden der Ausnehmung nicht besteht. Die Arbeitsgänge sind die gleichen, wie sie bereits in Verbindung mit den Fig. 3 bis -10 beschrieben wurden.
Wieder werden bestimmte Teile der bei der Emitterdiffusion entstehenden Teile der Oxidschicht über Bereichen entfernt, welche sowohl den Isolationsgräben als auch der Ausnehmung zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht entsprechen. Es wird jedoch zusätzlich ein Graben geätzt, der eine Isolation zwischen der Ausnehmung und der p-leitenden Basiszone des Transistors gewährleistet. Die somit sich ergebende Struktur zeigt die Fig. 23. Diese Struktur enthält einai p-leitenden Substratkörper 80, eine η -leitende vergrabene Kollektorschicht 82, einen p-leitenden als Basiszone verwendeten epitaxiellen Zwischenschichtteil 98, eine η -leitende Emitterzone 86, Isolationsgräben 88 und 90, die Ausnehmung 92, eine bei der Emitterdiffusion hergestellte Oxidschicht 93 und einen neu zugefügten Trenngraben 94. Es ist klar, daß der Trenngraben 94 den die Ausnehmung 92 umgebenden epitaxialen p-leitenden Zwischenschichtteil 96 gegen den die Basiszone des Transistors bildenden p-leitenden epitaxialen Zwischenschichtteil 98 trennt.
Danach wird eine Oxidschicht 100 ausgebildet, welche die Ausnehmung, den Trenngraben und die Isolationsgräben auskleidet. Unter Anwendung einer Kontaktmaske und der herkömmlichen Photolacktechnik wird selektiv das Oxid in der Ausnehmung entfernt und die Kontaktierungsöffnungen 102 und 1Ο4 geöffnet. Die sich ergebende Struktur zeigt die Fig. 24.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird dann über das Bauelement ein Metall aufgedampft und das unerwünschte Aluminium unter An-
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Wendung äer oben beschriebenen Photolacktechnik entfernt. Dann wird das Aluminium in den Isolationsgräben und im Trenngraben, wie vorstehend beschrieben, anodisch oxydiert, Aluminiumkontakte aufgedampft und getrennt. Die fertige Struktur veranschaulicht die Fig. 25. Die Kontakte 106, 108 und 110 liegen an der Emitterzone, der Basiszone bzw. der Kollektorzone des Transistors. Sowohl die Isolationsgräben als auch die Trenngräben enthalten Teile aus anodisch oxydiertem Aluminium 112, 114 und 116. Es ist zu beachten, daß die beim ersten Ausführungsbexspxel erforderliche Oxidschicht in der Fig. 25 fehlt. Dies ist aufgrund des Vorhandenseins des Trenngrabens möglich, der im Ergebnis den als Basiszone verwendeten epitaxialen Zwischenschichttexl 98 gegen denjenigen p-leitenden epitaxialen Zwischenschichtteil trennt, der unmittelbar den metallischen Kontakt 110 umgibt.
9 Patentansprüche
6 Blatt Zeichnung
mit 25 Figuren
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Claims (9)

  1. Fl 893 A. San U 2
    PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Herstellen eines Kontaktes durch eine halbleitende Zwischenschicht des ersten Leitungstyps, welche unter Bildung eines pn-Übergangs auf einem Substratkörper des zweiten Leitungstyps angeordnet ist und von mindestens einem .die Zwischenschicht elektrisch trennenden Isolationsgraben durchdrungen ist, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zwischenschicht (25, 98) innerhalb von bestimmten Bereichen unter Bildung des Isolationsgrabens (36, 90) und einer Ausnehmung (38, 92) entfernt wird, wodurch der einerseits von der Zwischenschicht (25, 98) und andererseits von einer Epitaxschicht oder dem Substratkörper gebildete pn-übergang freigelegt wird,
    daß der Isolationsgraben (36, 90) mit einer Oxidschicht ausgekleidet wird,
    daß durch Aufdampfen in den Isolationsgraben (36, 90) und die Ausnehmung (38, 92) Aluminium eingebracht wird,
    daß das Aluminium in dem Isolationsgraben (36, 90) selektiv anodisch oxydiert wird und
    daß der Kontakt durch die halbleitende Zwischenschicht (25, 98) an dem in der Ausnehmung (38, 92) vorhandenen Aluminium angebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxidschicht (32, 93), aus der bestimmte Teile entfernt werden, welche den bestimmten Bereichen der Zwischenschicht (25, 98)" entsprechen, als Ätzmaskierung zur Ausbildung des Isolationsgrabens (36, 90) und der Ausnehmung (38, 92) durch Ätzen verwendet werden.
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  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (98) unter Bildung eines Trenngrabens (94) zwischen einem unmittelbar an der Ausnehmung (92) angrenzenden Zwischenschichtteil (96) und einem weiteren Zwischenschichtteil (98) einer epitaxialen Zwischenschicht entfernt wird, in welchem Trenngraben (94) nach Auskleidung mit einer Oxidschicht Aluminium durch Aufdampfen eingebracht wird, welches selektiv anodisch oxydiert wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Ausnehmung (38) und der Isolationsgraben (36) mit einer Oxidschicht ausgekleidet wird,
    daß die Oxidschicht am Boden der Ausnehmung (38) unter Freilegung des Halbleitermaterials entfernt wird,
    daß durch Aufdampfen in den Isolationsgraben (36, 90) und die Ausnehmung (38, 92) Aluminium eingebracht wird,
    daß das Aluminium in dem Isolationsgraben (36, 90) selektiv anodisch oxydiert wird und
    daß der Kontakt durch die halbleitende Zwischenschicht (25, 98) an dem in der Ausnehmung (38, 92) vorhandenen Aluminium angebracht wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Oxidschicht zur Freilegung des Halbleitermaterials am Boden der Ausnehmung mit einem negativen Photolack abgedeckt wird,
    daß der Photolack unter einem solchen schrägen Winkel zur Halbleiteroberfläche mit einem Parallelstrahlenlicht belichtet wird, daß der Photolack am Boden der Vertiefung
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    unbelichtet bleibt und
    daß der unbelichtete Photolack entfernt und der freigelegte Teil der Oxidschicht durch Ätzen unter Verwendung des belichteten Photolacks als Ätzmaskierung entfernt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Photolack unter einem schrägen Winkel belichtet wird, während die Halbleiteroberfläche in ihrer Ebenen durch Rotation des Halbleiterkörpers bewegt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Photolack mittels mehreren Quellen von Parallelstrahlenlicht schräg zur Halbleiteroberfläche belichtet wird.
  8. 8. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis zur Kontaktierung einer vergrabenen Schicht.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vergrabene Schicht mit Phosphor oder Arsen dotiert ist.
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