DE2732184C2

DE2732184C2 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2732184C2
Application number: DE2732184A
Authority: DE
Inventors: Masaru Tokio/Tokyo Asano; Tetsushi Sayama Saitama Sakai; Yoshio Kodaira Tokio/Tokyo Sunohara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1977-07-15
Publication date: 1986-11-27
Also published as: GB1567808A; JPS539469A; JPS5515868B2; NL190255C; CA1085969A; NL190255B; FR2358750B1; NL7707919A; FR2358750A1; DE2732184A1; US4188707A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung verschiedener Halbleitervorrichtungen, wie Transistoren und integrierte Schaltungen, wird seit langem die Verbesserung bzw. Weiterentwicklung verfeinert, höchst genauer Arbeitstechniken mit dem Ziel der Verbesserung der Eigenschaften dieser Vorrichtungen angestrebt. Insbesondere zur Verbesserung des Frequenzgangs bei hohen Frequenzen von bipolaren Siliziumtransistoren zur Verwendung bei ultrahohen Frequenzen ist es erfrderlich, neue Fertigungs- und Arbeitstechniken zu entwickeln, um die Grenzfrequenz zu erhöhen und den Basiswiderstand sowie die Kapazität des Kollektor-Basis-Übergangs herabzusetzen.
Da jedoch bei den bisherigen Transistoren dieser Art Emitter, Basis und Kollektor in derselben Ebene bzw. auf derselben Fläche ausgebildet sind, ist es üblich, diese Elektroden mit einem Abstand von etwa I /im voneinander anzuordnen, um sie elektrisch voneinander zu isolieren. Es wurde bereits erkannt, daß der Transistör mit höheren Frequenzen betrieben werden kann, uipnn rlipcpx Abstand verkleinert wird. Die. Größe die-

zeichnet, daß nach dem Erzeugen der Metallelektrode (80, 81) folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

Entfernen der verbleibenden Bereiche (7&a-b) der dritten Photowiderstandsschicht (78) und der darunterliegenden zweiten Grundierungsmetallschicht (77),

ses Abstands ist jedoch durch die Genauigkeit einer Photomaske begrenzt.

Genauer gesagt, ergeben sich bei Verwendung einer Photomaske Probleme bezüglich folgender Faktoren: (a) Maßgenauigkeit eines auf der Photomaske ausgebildeten Vorrichtungsmusters oder -Schemas; (b) Abstandsgenauigkeit der (des) auf der Photomaske vorge-

schenen Vorrichtungsmuster(s); und (c) Genauigkeit der Ausrichtung oder Übereinstimmung zwischen dem bereits auf dem Halbleiterplättchen ausgebildeten Muster und einem Vorrichtungsmuster auf einer anschließend zu verwendenden Photomaske. Aus den genannten Gründen ist es bei der Konstruktion einer Photomaske nötig, diese mit ausreichend großen Abmessungen des Vorrichtungsmusters auszulegen, um die genannten Genauigkeitsfehler ausschließen zu können. Wenn ein Vorrichtungsmuster mit kleinen ToIeranzen bezüglich der Übereinstimmung zwischen Halbleiterplättchen und Photomaske verwendet und die Ausrichtung sorgfältig mit genügend Zeit durchgeführt wird, erhöht sich die Möglichkeit für eine Verunreinigung und Beschädigung des Halbleiterplättchens, wodurch die Eigenschaften der hergestellten Halbleitervorrichtung beeinträchtigt werden.

Zusätzlich wird das genaue und sorgfältige Arbeiten auch durch die Anbringung von Metallfilmen oder -folien beeinträchtigt, die zur Bildung von Elektroden benutzt werden. Zur Gewährleistung einer Elektrode mit großer Stromleistung muß eine solche Elektrode eine entsprechend vergrößerte Querschnittsfläche besitzen, so daß dann, wenn die Musterbreite aus Konstruktionsgründen begrenzt ist, die Dicke des anzubringenden Metallfilms groß wird. Beim Ätzen eines dicken Mctallfilms tritt jedoch ein erheblicher Hinterschnitt auf, so daß die angestrebte hohe Fertigungsgenauigkeit schwierig zu erreichen wird.

Auch wenn ein qualifizierter Techniker sorgfältig arbeitet, treten Fehler in der Größenordnung von etwa ±0,2 ^m in den Abmessungen des Vorrichtungsmusters auf der Photomaske, von etwa ± 0,3 μτη im Mustcrabstand und von etwa ± 0,03 μια in der Ausrichtung oder Übereinstimmung auf, also ein Gesamtfehler von etwa ±0,8 ^m. Darüber hinaus müssen Fehler in den Abmessungen des Vorrichtungsmusters auf der Photomaske eines Photowiderstandsmusters, das durch Aufschmelzen und anschließendes Entwickeln des Vorrichtungsmusters auf einem Photowiderstandsfilm hergestellt wird, und eines durch Ätzen des Substrats der Maske unter Verwendung des Photowiderstandsmuslers gebildeten Musters berücksichtigt werden. Wenn daher nach dem Photoätzverfahreu Produkte mit Abmessungen im Mikronbereich hergestellt werden sollun, ist dies unweigerlich mit Meßfehlern bzw. -abweichungen verbunden.

Hei integrierten Schaltkreisen müssen Zuleitungen zur Verbindung der verschiedenen Elektroden in einer F.benc mit Isolierabständen dazwischen oder in mehreren Lagen mit zwischengefügten Isolierschichten angeordnet werden.

Der Verbesserung der Eigenschaften von integrierten Schaltkreisen dient das aus der JA-OS 51-16 312 bekannte Verfahren der eingangs genannten Art, das nachstehend anhand der Fig. IA und IB beschrieben ist.

Fig. IA zeigt die Elektrodenkonstruktion eines Transistors gemäß der genannten JA-OS, bei welcher ein Emitter 12a auf einem scheiteiförmigen polykristalüriCri Si!izi^llr"'^/'^^pr"^>r 11λ snicophilrlp.t ist Fip IR zeißt

eine andere Elektrodenkonstruktion eines Transistors gemäß der genannten JA-OS, wobei ein Emitter 12b auf einem polykristallinen Siliziumkörper mit umgekehrt kegelstumpfförmiger Gestalt ausgebildet ist. Diese Transistoren mit polykristallinen Siliziumkörpern scheiteiförmiger bzw. umgekehrt kegelstumpfförmiger (icstült zeichnen sich dadurch aus, daß die polykristallinen Siliziumkörper Emitter-Diffusionsschichten 13a bzw. 13b bilden, daß die Breite W, der Obrseite größer sein kann als die Breite VV₂ am unteren Ende des polykristallinen Siliziumkörpers, an welchem dieser das Siliziumsubstrat kontaktiert, und da° Basis-Elektroden 14a bzw. 14b unter Ausnutzung des Breitenunterschieds (IVi-IV₂) ausgebildet sind. Gewünschtenfalls kann auch eine Basiskontaktdiffusion vorgesehen werden. In den Fig. 1A und IB sind Basis-Diffusionsbereiche 15a bzw. 15£> und KoUektor-Diffusionsbereiche 16a bzw. 16b dargestellt.

Bei den Konstruktionen gemäß den Fig. IA und IB bestimmt sich die Lagenbeziehung zwischen den Emittern 12a, 12b und den Basis-Elektroden 14a, 14b der betreffenden Transistoren durch die Form (Scheitelform oder umgekehrte Kegelstumpfform) der polykristallinen Siliziumkörper, so daß die Hochfrequenz-Kennlinie des betreffenden Transistors verbessert werden kann.

Bei Anwendung einer solchen Elektrodenkonstruktion bei der Gate-Elektrode eines MOS-Transistors ist es möglich, eine Selbstausrichtung der Source- und Drain-Elektroden zu gewährleisten. Im Fall von integrierten Schaltkreisen ist es damit ebenfalls möglich, innere Leiterzüge und Widerstandselemente in hoher Dichte und ohne Isolierschichten zwischen den Leiterzügen auszubilden.

Diese Vorteile können bei Transistoren der oben beschriebenen Art jedoch nur dann realisiert werden, wenn die Querschnittsform des polykristallinen Siliziumkörpers mit genauer Scheitel- oder umgekehrter Kegelstumpfform ausgebildet wird. Aus diesem Grund müssen die polykristallinen Siliziumkörper zur Ausbildung der genauen Querschnittsform entsprechend geätzt werden. Wenn bei der Konstruktion gemäß Fig. IA die Lage des nicht dargestellten Photowiderstandsmusters, welches die Position des polykristallinen Siliziumkörpers 11a bestimmt, geringfügig von der Position der Emitter-Diffusionsschicht 13a abweicht, entsteht zwischen Emitter und Basis eine ungleichmäßige Stromverteilung oder ein Kurzschluß, wodurch die Eigenschaften des Transistors verschlechtert werden. Sofern bei der Konstruktion gemäß Fig. IB der Unterschied zwischen VV₁ und W₂ nicht beträchtlich ist, wird die Isolierung zwischen Emitter 12b und Basis 14b schwierig, so daß ein Kurzschluß oder Streustrom auftreten kann.

Zur Verdeutlichung dieser Probleme sei darauf hingewiesen, daß die umgekehrte Kegelstumpfform unter Ausnutzung der Änderung der Ätzgeschwindigkeit ausgebildet wird, die je nach den im polykristallinen Siliziumkörper enthaltenen Fremdatomen unterschiedlich ist. Bei einem chemischen Ätzverfahren ist es schwierig, die Ätzgröße in waagerechter und lotrechter Richtung unabhängig voneinander zu steuern. Wenn nämlich die Ätzgröße an der Schrägfläche des umgekehrten Kegelstumpfes nicht ausreichend ist, tritt ein Kurzschluß zwischen Emitter und Basis auf. Wenn andererseits die Ätzgröße in diesen Abschnitten zu groß ist, wird die Oberfläche des Emitters zu klein, wodurch die Stromkapazität oder -leistung begrenzt wird.

Unter Würdigung des oben genannten Standes der Technik ist es demzufolge Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem Halbleitervorrichtungen, insbesondere integrierte Schaltkreise, mit hoher Integrationsdichte und ausgezeichnetem Hochfrequenzgang hergestellt werden können, ohne daß dem polykristalli-

nen Silizium-Halbleiterkörper eine bestimmte Form gegeben werden muß.

Erfindungsgemäß wird dies durch Einsatz der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritte erreicht.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt somit die Erzeugung der sich seitlich über die Oberseite des polykristallinen Silizium-Halbkörpers hinaus erstrekkenden Metallelektrode mit Hilfe des Vorsehens einer Photowiderstandsschicht, welche in der Folge wieder entfernt wird. Auf diese Weise lassen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf sehr einfache Weise Metallelektroden erzeugen, welche auf der Oberseite des jeweiligen polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers angeordnet sind und sich seitlich über diesen hinaus erstrecken.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich anhand der Unteransprüche.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. IA und IB Schnittansichten jeweils eines Teils bekannter Halbleitervorrichtungen, bei denen eine der Elektroden auf einem vom Halbleitersubstrat nach oben abstehenden, polykristallinen Siliziumkörper ausgebildet ist,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Halbleitervorrichtung,

Fig. 3 A bis 3N Schnittansichten zur Veranschaulichung aufeinanderfolgender Fertigungsschritte bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4A bis 4D den Fig. 3A bis 3N ähnelnde Schnittdarsteliungen der aufeinanderfolgenden Fertigungsschritte bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 5A und 5B ähnliche Schnittdarstellungen von Fertigungsschritten bei einem weiter abgewandelten Ausführungsbeispiel der Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung,

Fig. 6A bis 6D Schnittansichten, teilweise in perspektivischer Darstellung, aufeinanderfolgender Fertigungsschritte bei der Herstellung von Widerständen und inneren Leiterzügen eines integrierten Schaltkreises,

Fig. 7 eine Schnittansicht eines Teils eines MOS-Transistors und

Fig. 8A bis 8C Schnittansichten zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einem polykristallinen Siliziumkörper und einer Metallmaske.

Fig. 2 zeigt eine nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Halbleitervorrichtung, nämlich eines bipolaren npn-Transistors mit einem p-Typ-Silizium-Halbleitersubstrat 21 und einer auf seiner einen Fläche ausgebildeten epitaxialen n-Typ-Siliziumschicht 21a. In einem geeigneten Bereich der epitaxialen Schicht ist eine Isolierschicht 21b durch Hineindiffundieren eines p-Typ-Fremdatoms bis an das p-Siliziumsubstrat 21 heran ausgebildet, so daß der durch die Isolierschicht 21b isolierte Abschnitt der n-Epitaxialschicht einen Kollektorbereich 23 bildet. Ein Basisbereich 24 ist durch Diffusion eines p-Typ-Fremd- fts atoms in einen Abschnitt des Kollektorbereichs 23 ausgebildet. Weiterhin ist ein η *-Emitterbereich 25 durch Eindiffundieren eines n-Fremdatoms in einen Abschnitt des Basisbereichs 24 ausgebildet. Weiterhin sind im Kollektorbereich 23 eine vergrabene η'-Schicht 27 und ein n⁺-Diffusionskontaktbereich ausgebildet, der mil der vergrabenen Schicht 27 elektrisch verbunden ist. Bei 30 und 31 sind im Basisbereich 24 ausgebildete p'-Kontaktbereiche dargestellt. Ein polykristalliner Silizium-Halbleiterkörper 33 ist auf dem Emitterbereich 25 nach oben ragend angeordnet. Dieser Körper 33 besitzt eine praktisch gleichmäßige Fremdatomkonzentration, und seine Querschnittsform ist an der mit dem Emitterbereich 25 in Kontakt stehenden Grundfläche und an der Oberseite jeweils praktisch gleich, d. h. der Siliziumkörper ist im lotrechten Schnitt rechteckig. Isolierfilme, z. B. SiO₂-Filme 34, bedecken die Seitenflächen des Siliziumkörpers 33 sowie Teile des Emitterbereichs und des Basisbereichs 24. Auf der Oberseite des Siliziumkörpers 33 ist eine Grund-Metallschicht 35 vorgesehen, die mit einer aufgalvanisierten Metallschicht 36 abgedeckt ist. Eine weitere Metallschicht 37 ist auf die aufgalvanisierte Metallschicht 36 aufgedampft.

Ein polykristalliner Silizium-Halbleiterkörper 40 ist nach oben ragend auf dem Diffusionskontaktbereich 28 im Kollektorbereich 23 ausgebildet. Ebenso wie beim polykristallinen Siliziumkörper 33 ist die Umfangsfläche dieses Siliziumkörpers 40 mit einem Isolierfilm 41 und einer Grund-Metallschicht 42 bedeckt, wobei eine aufgalvanisierte Metallschicht 43 und eine aufgedampfte Metallschicht 44 die Oberseite des Siliziumkörpers 40 abdeckt. Die Grund-Metallschichten 46 und 46a sind auf den Basisbereich 30 bzw. auf dem Kontaktbereich 31 ausgebildet und durch aufgedampfte Metallschichten 47 bzw. 47a abgedeckt. Bei 46b und 46c sind weitere Grund-Metallschichten dargestellt, während bei 47/> und 47c aufgedampfte Metallschichten und bei 48 ein Isolierfilm dargestellt sind.

Die Halbleitervorrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau bietet die folgenden Vorteile:

1. Da eine der Elektroden der Halbleitervorrichtung auf einem kubischen, polykristallinen Siliziumkörper mit gleichmäßiger Fremdatomkonzentration ausgebildet ist, und da die auf dem polykristallinen SiIiziumkorper vorgesehene Metallelektrode seitlich über den Umfang des Siliziumkörpers hinausragt, ist es möglich, die Halbleitervorrichtung zu maniaturisieren und ihren Hochfrequenzgang auf dieselbe Weise zu verbessern wie bei einer Halbleitervorrichtung mit scheiteiförmiger oder umgekehrt kegelstumpfförmiger Elektrode. Die beschriebene Halbleitervorrichtung eignet sich daher zur Ausbildung als integrierter Schaltkreis.

2. Da die Elektrode mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion als Maske benutzt wird, besteht keine Gefahr für eine Verschlechterung oder Beeinträchtigung der Eigenschaften des Transistors aufgrund einer Mißausrichtung des Photowiderstandsmusters, wie dies bei einer Halbleitervorrichtung mit scheiteiförmiger Elektrode der Fall sein kann. Außerdem sind bei dieser Konstruktion die jeweiligen Elektroden zwangsläufig isoliert, so daß die bei der bekannten Halbleitervorrichtung mit umgekehrt kegelstumpfförmiger Elektrode zu beobachtenden Probleme bezüglich eines Kurzschlusses oder Streustroms nicht auftreten.

3. Für die vorstehend beschriebene Elektrode gilt kein ihre Dicke einschränkender Faktor, wie dies bei der bisherigen Konstruktion der Fall ist. Infolgedessen kann eine Elektrode mit einer beliebigen Strom-

kapazität bzw. -leistung gebildet werden.

Im folgenden sind die aufeinanderfolgenden Fertigungsgänge bei der Herstellung der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung anhand der s Fig. 3 A bis 3N im einzelnen beschrieben.

Zunächst wird ein Halbleitersubstrat 50 aus p-Silizium mit einer Dicke von etwa 200 μίτι und einem spezifischen Widerstand von 5 bis 50 Ohm hergestellt, worauf in die eine Fläche des Halbleitersubstrats Arsen eindiffundiert wird, um eine Senkenschicht 51 mit einer Tiefe von etwa 2 μΐη und einem spezifischen Widerstand von etwa 5 bis 15 Ohm auszubilden. Danach wird eine n-Siliziumschicht mit einem spezifischen Widerstand von 0,2 bis 1 Ohm in einer Dicke von 2 bis 3μΐη is epitaxial auf dem Halbleitersubstrat 50 gezüchtet. Sodann wird ein Oxidfilm (SiO₂) mit einer Dicke von etwa 0,4 bis 0,6 μΐη ausgebildet. Nach der Herstellung von Öffnungen in einem vorbestimmten Muster durch den Oxidfilm hindurch wird beispielsweise ein p-Fremdatom durch die Öffnungen hindurch bis zu einer Tiefe von etwa 3,5 μπι und in einer Konzentration von IxIO²⁰ cm¹ zur Ausbildung von Isolierbereichen 52 und 53 eindiffundiert. Im Anschluß daran wird auf der gesamten Oberfläche der epitaxial gezüchteten n-Siliziumschicht ein Oxidfilm ausgebildet, und die Oxidschicht wird in einem vorbestimmten Muster auf einem Abschnitt des durch den Isolierbereich 53 gebildeten Kollektorbereich 54 abgetragen. Daraufhin wird ein n-Fremdatom, d. h. Arsen oder Phosphor, in den freigelegten Abschnitt bis zu einer Tiefe von 2 bis 2,5 μηι und in einer Konzentration von etwa 1X20²" cm³ eindiffundiert, um einen Kollektordiffusionsbereich 55 zu bilden. Der auf dem anderen Abschnitt des Kollektorbereichs befindliche Oxidfilm wird nach einem vorbestimmten Muster abgetragen, worauf in den freigelegten Abschnitt des Kollektorbereichs Bor mit einer Konzentration von 5x10'" bis 1x10" cm³ zur Bildung eines Basisbereichs 56 eindiffundiert wird. Danach wird der Oxidfilm vom Diffusionskontaktbereich 55 im Kollektorbereich 54 entfernt. Bei 57a, 57b und 57c sind die verbleibenden Teile des Oxidfilms dargestellt. Im Anschluß daran wird eine polykristalline Siliziumschicht 60 mit einer Fremdatomkonzentration von etwa 1 χ K)-'' cm³ und einer Dicke von 0,35 μπι oder mehr auf der Oxidschicht hergestellt. Gegenüber Ätzmittel beständige Muster bzw. Schablonen 61a und 61b werden dann in entsprechenden Positionen auf der polykristallinen Siliziumschicht 60 vorgesehen. Diese Muster bzw. Schablonen brauchen dabei nicht außerordentlich genau angeordnet zu werden. Diese Muster bzw. Schablonen 61a und 61b können aus einem nach herkömmlicher Photoätztechnik hergestellten Photowiderstandsmuster bestehen oder durch Photoätzen eines auf der polykristallinen Siliziumschicht 60 vorgesehenen Siliziumoxidfilms oder Siliziumnitridfilms nach dem chemischen Aufdampfverfahren hergestellt werden.

Die polykristalline Siliziumschicht 60 auf dem Siliziumsubstrat gemäß Fig. 3 A wird daraufhin unter Verwendung der ätzbeständigen Muster bzw. Schablonen 61a und 616 unter Ausbildung eines polykristallinen Siliziumabschnitts 60a, der eine Emitterelektrode bildet, und eines polykristallinen Siliziumabschnitts 60b, der einen Kollektoranschluß bzw. -elektrode darstellt, weggeätzt. Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der polykristallinen Siliziumabschnitte 60a und 60b für die Bildung der Emitterelektrode und des Kollektoranschlusses besteht darin, daß die beständigen Muster bzw. Schablonen 61a und 61b maskiert werden und sodann das Siliziumplättchen in einer Ätzlösung mit der Zusammensetzung HF : HNO, : H₂O = 1 : 60 : 60 geätzt wird. Wahlweise können die Abschnitte 60a und 60b nach Plasmaätztechnik unter Verwendung von Freongas ausgebildet werden.

Die ätzbeständigen Muster bzw. Schablonen 61a und 61b werden hierauf entfernt, und die Oberfläche des Siliziumplättchens wird gemäß Fig. 3B mit einem isolierenden Siliziumoxidfilm 63 abgedeckt. Obgleich dieser Film 63 durch Erwärmen des Siliziumplättchens in einer Wasserstoffatmosphäre auf hoher Temperatur (1050° C) hergestellt werden kann, läßt er sich auch durch chemisches Aufdampfen bzw. Ablagern oder dadurch formen, daß das Siliziumplättchen einem gasförmigen Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure und salpetriger Säure ausgesetzt wird. Ein Oxidfilm, der zum Zeitpunkt der Ausbildung der noch zu beschreibenden Emitterschicht und der Kollektorkontaktschicht gebildet wird, kann als isolierender Oxidfilm 63 benutzt werden. Hierbei kann die Dicke dieses Oxidfilms in der Größenordnung von 0,2-0,3 μΐη liegen.

Sodann wird das Arsen, mit dem die polykristalline Siliziumelektrode und der Kollektoranschluß dotiert sind, in die Basisschicht 56 und den Kollektor-Diffusionskontaktbereich 55 eindiffundiert, um eine Emitterschicht 64 und eine Kontaktschicht 65 zu bilden, indem das Siliziumplättchen einer 7 min langen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1000⁼ C unterworfen wird. Wenn die Tiefe des Emitterübergangs Xj 0,1 μΐη betragen soll, erfolgt die Diffusion gleichmäßig auch in Querrichtung, so daß die Breite der Emitterschicht 64 um 0,2 μπι größer wird als die Breite des Abschnitts 60a des polykristallinen Siliziumkörpers. der zur Bildung des Emitters benutzt wird und mit der Basisschicht 56 in Kontakt steht. Gleichzeitig wird im Kollektor-Diffusionskontaktbereich 55 die Koliektorkontaktschicht 65 ausgebildet, die um 0,2 μπι breiter ist als der Abschnitt 69b des polykristallinen Siliziumkörpers und welche den Kollektoranschluß bilden soll. Dieser Zustand ist in Fig. 3B dargestellt, in welcher nur die von den vorstehend beschriebenen Arbeitsgängen betroffenen Abschnitte veranschaulicht sind.

Sodann wird die gesamte Oberfläche des isolierenden Siliziumoxidfilms 63 des Siliziumplättchens im Zustand gemäß Fig. 3B mit einem als Grundfilm bzw. Grundierschicht für das Galvanisieren dienenden Metallfilm 67 überzogen. Diese Grundiermetallschicht 67 kann durch Aufdampfen von Metallen, wie Nickel, Molybdän, Platin und/oder Gold, in einer Dicke von etwa 0,1 μπι gebildet werden. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 3C veranschaulicht.

Danach wird ein vergleichsweise dicker Photowiderstandsfilm 68 (positiver Typ) mit einer Dicke von etwa 1,5 μπι auf die Abschnitte 60a und 60b aufgetragen, so daß er den isolierenden Siliziumoxidfilm 63 und die Grundiermetallschicht 67 auf der Oberfläche P des Abschnitts 60a des polykristallinen Siliziumkörpers zur Ausbildung der Emitterelektrode und die Oberfläche P' des Abschnitts 60b des Siliziumkörpers zur Herstellung des Kollektoranschlusses gemäß Fig. 3D bedeckt. Dieser Photowiderstandsfilm 68 kann durch Auftragen der Masse AZ-1350H der Firma Shiplay Co. mittels einer herkömmlichen Schleudervorrichtung auf die im folgenden beschriebene Weise geformt werden. Dabei wird nach der Anbringung des Siliziumplättchens an der Schleudervorrichtung ein flüssiges Photowiderstandsmaterial in einer Menge aufgetropft, die zum Benetzen

der Oberfläche des Siliziumplättchens ausreicht. Sodann wird das Siliziumplättchen zur Entfernung des überschüssigen flüssigen Photowiderstandsmaterials in Drehung versetzt, so daß nur eine bestimmte Menge dieses Materials auf dem Siliziumplättchen zurückbleibt. Die Drehbewegung des Siliziumplättchens wird angehalten, bevor das Photowiderstandsmaterial getrocknet ist, d. h. während es noch fließfähig ist, worauf dieses flüssige Photowiderstandsmaterial getrocknet wird, während das Siliziumplättchen in einer waagerechten Lage gehalten wird. Die Beziehung zwischen der Schleudergeschwindigkeit bzw. -drehzahl und der Schichtdicke ist in »Proceedings of the 1970 Kodak Seminar on microminiaturization«, S. 68, Fig. 25, herausgegeben von Eastman Kodak Co., erläutert.

Hierauf wird auf die in Fig. 3E dargestellte Weise ohne Verwendung einer Photomaske die ganze Oberfläche des Siliziumplättchens im Zustand gemäß Fig. 3D von oben her mit Ultraviolettstrahlen gleichmäßiger Intensität bestrahlt. Das bestrahlte Siliziumplättchen wird hierauf entwickelt, um einen Abschnitt 68a der Photowiderstandsschicht 68 abzutragen und einen Abschnitt R₀ der Grundiermetallschicht 67 über der Oberseite P des polykristallinen Siliziumkörpers zur Herstellung der Emitterelektrode freizulegen. Der Abschnitt R₀ der Grundiermetallschicht erstreckt sich folglich durch den verbleibenden Abschnitt 686 der Photowiderstandsschicht hindurch. Gleichzeitig wird auch ein Abschnitt R₀' der Grundiermetallschicht auf der Oberseite P' des Abschnitts 60b des polykristallinen Siliziums zur Ausbildung des Kollektoranschlusses freigelegt. Zur Abtragung des entsprechenden Abschnitts der Photowiderstandsschicht bis zu den Oberseiten P und P' der Abschnitte 60a bzw. 60b des polykristallinen Siliziums durch Belichten der vergleichsweise dicken Photowiderstandsschicht 68 ist es erforderlich, die Belichtungsgröße bzw. -zeit und die Entwicklungsbedingungen zu steuern. Wenn die Dicke der Photowiderstandsschicht gleich 1,5 μπι entspricht, wird die Belichtungszeit auf etwa 80% der üblichen Belichtungszeit begrenzt, und es wird eine Entwicklungstemperatur von unterhalb Raumtemperatur zur Gewährleistung besserer Ergebnisse angewandt. Bei Verwendung einer Quecksilberlampe von 2000 W wird diese in einem Abstand von etwa 40 cm von Siliziumplättchen angeordnet, während eine für das Photowiderstandsmaterial AZ-1350H geeignete Entwicklerflüssigkeit aui eine Konzentration von Ά des Normalwerts verdünnt und die Entwicklung 15 bis 30 s lang bei einer Temperatur von 10⁼ C durchgeführt wird. Unter diesen Bedingungen ist es möglich, die Dicke der Photowiderstandsschicht unter entsprechender Steuerung des Ätzvorgangs auf etwa 1,5 μπι zu verringern.

Sodann wird die über die verbleibende Photowiderstandsschicht 6Sb freiliegende Grundiermetallschicht im Zustand gemäß Fig. 3F mit einem Metallfilm beschichtet, indem an die Grundiermetallschicht 67 ein Galvanisierpotential angelegt wird. Durch dieses Galvanisieren werden Maskenmuster bzw. -schablonen 70 und 71 mit einer Breite R₁ und A₁' ausgebildet, die gemäß Fig. 3F größer ist als die Breite der Bodenflächen der polykristallinen Siliziumhalbleiterkörper 60a und 60b gemäß Fig. 3F. Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Maskenmuster 70 und 71 aus Gold hergestellt sind:

Elektrolyt:

Temperex 401 (eingetr. Warenzeichen der Firma Kabushiki Kaisha Nippon Electroplating Engineers) Galvanisierbedingungen: Stromdichte S mA/cnr, 150 s.

Bei Durchführung des Galvanisierens unter den angegebenen Bedingungen vergrößert sich die Dicke des aufgalvanisierten Goldfilms, während sich gleichzeitig die Goldionen gleichförmig in Querrichtung ausbreiten, so daß die Breiten R_x und R_x' der aufgalvanisierten

ίο Filme mit zunehmender Dicke größer werden. Wenn ein Goldfilm mit einer Dicke von Ιμηι aufgalvanisiert wird, erhält er eine Breite von 2 μΐη, mit dem Ergebnis, daß die Kombination aus dem Maskenmuster 70 und dem darunterliegenden Abschnitt 60a des polykristallinen Siliziumkörpers zur Herstellung der Emitterelektrode eine Querschnittsform ähnlich einem Nagelkopf erhält. Ebenso erhält auch die Kombination aus dem Maskenmuster 71 und dem darunterliegenden Abschnitt 60b des Siliziumkörpers zur Herstellung des Kollektoranschlusses die Form eines Nagelkopfes. Die Erscheinung dieser Querausbreitung von Maskenmustern bzw. -schablonen ist in einem Artikel mit dem Titel »Metal Does not Deposit Uniformly with Respect to Thickness on All Surfaces« auf S. 59-63 des Elektroplating Engineering Handbook, herausgegeben im Jahre 1955 von Book division Reinhold Publishing Corporation, beschrieben.

Die gemäß Fig. 3F auf dem Siliziumplättchen zurückgebliebene Photowiderstandsschicht 686 wird hierauf von oben her gleichmäßig mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt. Nach dem Entwickeln werden die Abschnitte der Photowiderstandsschicht, mit Ausnahme der Abschnitte 68c bis 68/unter den Maskenmustern, welche der Ultraviolettstrahlung nicht ausgesetzt worden sind, sowie die Grundiermetallschicht durch Ätzen abgetragen, so daß Metallfilm 67a und 67b zurückbleiben. Das Ätzen kann auch nach einem Plasmaätzverfahren erfolgen. Im Anschluß daran wird Bor mit hoher Konzentration in die Basisschicht 56 eindiffundiert, um Basiskontakte 73 und 74 herzustellen. Das einverleibte Bor breitet sich ohne weiteres durch die isolierende Siliziumoxidschicht 63, nicht aber durch die Siliziumoxidschichten 57a bis 57c hindurch aus, die durch Wärmebehandlung ausgebildet worden sind. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 3G dargestellt.

Dieser Verfahrensschritt ist dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskontakt, ein wesentliches Element des Transistors, schnell und genau unter Heranziehung der unter den Maskenmustern 70 und 71 liegenden nagclkopfartigen Abschnitte ausgerichtet werden kann. Bei der Herstellung der Emitterschicht 64 und der Basiskontakte 73 und 74 übersteigt dabei beispielsweise die Menge des Fremdatoms, die sich in Querrichtung durch die Basisschicht verlagert, nicht die Menge des Fremdatoms (X₁), welche sich in Dickenrichtung ausbreitet. Im Fall von Xj = 0,1 μηι ist die Summe der Dicken der Siliziumschicht und der Grundiermetallschicht daher gleich 0,3 μπι, während die Breite W des unter dem Maskenschema liegenden Abschnitts G,4 μηι beträgt, so daß ohne Verwendung einer Photomaske ein kleiner Abstand VV' von 0,6 μπι zwischen der Emitterschicht 64 und den Basiskontakten 73 und 74 durch Seibstausrichtung gewährleistet werden kann.

Dies bedeutet, daß der Abstand W zwischen Emit-

Λ5 terschicht und Basiskontakten konstant ist, und zwar unabhängig davon, daß die Abmessungen der iii/.inittelbeständigen Maskenmuster 61a und 61/), die durch Transferdruck einer üblichen Photomaske gebildet sind.

auf einem einzigen Plättchen oder zwischen verschiedenen Plättchen variieren.

Nach der Ausbildung der Basiskontakte 73 und 74 auf die in Fig. 3G dargestellte Weise wird die darüberliegendc isolierende Siliziumoxidschicht 63 weggeätzt, indem das Siliziumplättchen in eine Fluorwasserstoff-Pufferlösung eingetaucht wird. Dabei werden die neben der Basisschicht 56 gelegenen und durch die sie bedekkcnden Photowiderstandsschichten 68c bis 68/ und die Maskenmuster 70 und 71 geschützten Bereiche der isolierenden Siliziumoxidschicht 63 nicht weggeätzt. Die anderen Abschnitte der Oxidschicht 63 werden jedoch abgetragen. Wenn das Siliziumplättchen nach dem Ätzvorgang aus der genannten Pufferlösung herausgenommen wird, liegen somit die Oberflächen der Basiskontakte 73 und 74 frei.

Sodann werden die restlichen Photowiderstandsschichten 68c bis 68/, die Maskenmuster bzw. -schablonen 70 und 71 die darunter liegenden Grundiermetallschichten 67e und 676 auf chemischem Wege abgetragen. Das Plättchen wird hierauf zur Bildung stabiler Basiskontakte 73 und 74 wärmebehandelt.

Wenn die Basiskontakte nach einem Dampfphasen-Diffusionsverfahren unter Verwendung einer Bornitridplatte und nicht nach dem Ionenimplantationsverfahren ausgebildet werden, wird der nicht mit den restlichen Photowiderstandsschichten 68c bis 68/und den Maskenmustern 70 und 71 bedeckte Abschnitt der isolierenden Siliziumoxidschicht 63 nach einem geeigneten Verfahren, etwa chemisches Ätzen oder Sprühätzen, abgetragen, um einen Teil der Basisschicht 56 freizulegen. In dem freigelegten Abschnitt wird dann durch Dampfphasendiffusion ein Fremdatom eindiffundiert. Beispielsweise ergibt eine 10 min lange Behandlung bei 900° C einen p' '-Basiskontakt mit einer Dicke von 0,1 μπι und einer entsprechenden Breite in Querrichtung. Selbstverständlich sollte die Dampfphasendiffusionsbehandlung nach Abtragen der restlichen Photowiderstandsschichten 68c bis 68/, der Maskenmuster 70 und 71 sowie der GrundiermetaHschicht 67 durchgeführt werden.

Fig. 3H veranschaulicht das Siliziumplättchen unter diesen Bedingungen. Dabei sind die Abschnitte des Siliziumplättchens, mit Ausnahme der Basiskontakte 73 und 74, mit Siliziumoxidschichten 57a bis 57c sowie isolierenden Siliziumoxidschichten 63a und 63b bedeckt.

Danach werden die Siliziumoxidschichten 63a und 636 über dem Abschnitt 60a des polykristallinen Siliziumkörpers zur Bildung der Emitterelektrode und über dem Abschnitt 606 des Siliziumkörpers zur Bildung des Kollektoranschlusses abgetragen, indem beispielsweise ein später wegzuätzender Abschnitt durch einen Photowiderstandsfilm 76 hindurch freigelegt wird, der durch eine vergleichsweise dicke Photowiderstandsschicht gebildet ist, worauf die gesamte Fläche belichtet und dann der betreffende Abschnitt nach einem geeigneten Verfahren abgetragen wird. Dieser Zustand ist in Fig. 31 dargestellt.

Der Photowiderstandsfilm 76 gemäß Fig. 31 wird sodann weggeätzt. Nach dem Waschen der Oberfläche mit einer verdünnten Fluorwasserstoffsäurelösung wird eine Verdrahtungs-Metallschicht 77 auf die gesamte Oberfläche des Siliziumplättchens aufgebracht. Die Metallschicht 77 wird unmittelbar auf den Basiskontakten 73 und 74 sowie auf den Oberseiten und den Seitenflächen der polykristallinen Siliziumkörper 60a und 60b nuscehildet. In den anderen Bereichen wird die Metallschicht 77 auf die Oxidschichten 57a bis 57c, 63a und 636 aufgebracht.

Die Art der Verdrahtungs-Metallschicht 77 ist keiner Beschränkung unterworfen. Für diesen Zweck kann eine Schicht aus einem einzigen Metall oder auch eine Verbundmetall- bzw. eine Metallegierung verwendet werden, solange sich diese Schicht elektrisch aufgalvanisieren läßt. Beim beschriebenen Auführungsbeispiel wurde Nickel in einer Dicke von 0,1 μπι durch Aufdampfen aufgetragen.

Hierauf wird das Siliziumplättchen wärmebehandelt, um ohmsche Verbindungen zu den Oberseiten P und P' der Abschnitte 60a bzw. 606 der polykristallinen SiIiziumkörper herzustellen. Auf der Oberfläche des SiIiziumplättchens wird nach dem in Verbindung mit Fig. 3D beschriebenen Verfahren eine verhältnismäßig dicke Photowiderstandsschicht ausgebildet. Durch Totalbelichtung und entsprechende Entwicklung werden die über den Siliziurnkörpern 60a und 606 liegenden Abschnitte der Verdrahtungsmetallschicht 77 durch die Photowiderstandsschicht 78 hindurch freigelegt, wobei nach einem ähnlichen Galvanisierschritt, wie er für die Herstellung der Maskenmuster 70 und 70' gemäß Fig. 3F angewandt wurde, eine Emitterelektrode 80 und eine Kollektorelektrode 81 geformt werden. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 3J dargestellt. Ebenso wie die Maskenmuster 70 und 71 gemäß Fig. 3F besitzen dabei die Elektroden 80 und 81 in Verbindung mit den betreffenden Siliziumkörpern 60a bzw. 606 eine nagelkopfartige Gestalt.

Weiterhin wird die Oberfläche des Siliziumplättchens im Zustand gemäß Fig. 3J einer gleichmäßigen Belichtung und Entwicklung unterworfen, um die verbliebenen Photowiderstandsschichten 78a bis 78a" unter der Emitterelektrode 80 bzw. der Kollektorelektrode 81 zu erhalten. Danach wird ein Galvanisierpotential an die Verdrahtungsmetallschicht 77 angelegt, um auf diese und auf die Elektroden 80 und 81, mit Ausnahme der durch die verbliebenen Photowiderstandsschichten 78a-78d geschützten Abschnitte, Metall auf zugalvanisieren und dadurch einen metallenen Emitter-Leiterzugfilm 83, einen metallenen Kollektor-Leiterzugfilm 84, metallene Basis-Leiterzugfilme 85 und 86 sowie innere metallene Verdrahtungsleiterzugfilme 87 auf der Emitterelektrode 80, der Kollektorelektrode 81 bzw. der Verdrahtungsmetallschicht 77 unter denselben Bedingungen herzustellen, wie sie in Verbindung mit Fig. 3F anhand der Ausbildung der Maskenmuster bzw. -schablonen beschrieben worden sind. Die Dicke

so der Photowiderstandsschichten 78a und 786 unter der nagelkopfförmigen Emitterelektrode 80 ist für die Bestimmung der Relatiivposition zwischen der Emitterschicht 64 und den Basiskontakten 73 und 74, die in Verbindung mit Fig. 3G beschrieben worden sind, unwesentlich. Mit anderen Worten: Der Zweck der verbliebenen Photowiderstandsschichten 78a und 786 besteht in der Verhinderung eines elektrischen Kontakts zwischen dem Emitterleiterzug 83 auf der Emitterelektrode 80, dem Kollektorleiterzug 84 sowie den Basisleiterzügen 85 und 86 und zur Verhinderung einer Berührung des Kollektorleiterzugs 84 mit den Basisleiterzügen 85 und 86 sowie dem Innenverdrahtung-Leiterzug 87. Folglich werden die auf dem polykristallinen Siliziumkörper 60a und 606 ausgebildeten Elektroden aus Metall hergestellt, so daß sie eine große Stromleistung besitzen und hierdurch die Eigenschaften des Transistors verbessern. Gewünschtenfalls können diese Metallschichten durch Aufdampfung anstatt des Galva-

nisierens hergestellt werden.

Die auf dem Siliziumplättchen verbliebenen Photowiderstandsschichten 78- bis 78d werden sodann in dem Zustand gemäß Fig. 3 K abgetragen, worauf die freigelegte Verdrahtungsmetallschicht 77 mit Hilfe des von der Firma Indust Riehen Laboratory Corporation vertriebenen Widerstandsstreifens (Resist Strip) J-IOO oder mit Hilfe von Chlorwasserstoffsäure entfernt wird, um die Schicht 77 in Abschnitte 77a bis 77c zu unterteilen. Hierdurch werden der Kollektorleiterzug 84, der Basisleiterzug 86 und der innere Verdrahtungsleiterzug 87, die über die Metallschicht 77 bisher miteinander in Verbindung standen, voneinander getrennt. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 3L dargestellt. Eine aus AZ-1350H bestehende Photowiderstandsschicht 89 sol- is eher Dicke, daß sie den Emitterleiterzug 83 und den Kollektorleiterzug 84 zu bedecken vermag, wird ausgebildet, worauf getrennte Photomasken 90α und 90b auf die Photowiderstandsmaske 89 aufgelegt werden und die gesamte Anordnung auf die durch die Pfeile in Fig. 3M angedeutete Weise belichtet wird, um sodann die Abschnitte 5a und Sb der Photowiderstandsschicht durch Entwicklung abzutragen. Danach werden die freiliegenden Basisieitennige 85 und 86 sowie die darunter liegenden Verdrahtungsmetallschichten 77a und 77c entfernt, mit dem Ergebnis, daß der Basisleiterzug 86 in zwei Abschnitte 86a und 866 unterteilt wird, von denen letzterer als Kollektorleiterzug dient. Erforderlichenfalls werden auch die Verdrahtungsmetallschicht um den Kollektorleiterzug herum sowie die beiden Schichten des inneren Verdrahtungs-Leiterzugs, die für die Ausbildung eines Transistors nicht erforderlich sind, ebenfalls entfernt. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 3M veranschaulicht. Das Aufbringen der vergleichsweise dicken Photowiderstandsschicht, die Belichtung und die Entwicklung dieser Schicht können auf die vordere beschriebene Weise erfolgen. Die ladenmäßige Ausrichtung des Siliziumplättchens und der Photomaske zum Belichten bzw. Freilegen unnötiger Flächen der Leiterzug-Metallschicht braucht dabei nicht genau zu sein. Die beiden Metallschichten können an den unnötigen Stellen mit Hilfe von Königswasser bei einer Temperatur von 40° C entfernt werden.

In dem Zustand gemäß Fig. 3M werden sodann die dicken Photowiderstandsschichten 89α und 896 auf der Oberfläche des Siliziumplättchens zur Fertigstellung des Transistors entfernt. Fig. 3N ist eine perspektivische Teilschnittdarstellung des fertiggestellten Transistors. Da hierbei die Emitterelektrode 80 mit dem metallenen Emitterleiterzug 83 bedeckt ist, ist die Gesamtdicke der Konstruktion größer als bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art. Da auch die Kollektorelektrode 81 mit dem betreffenden Leiterzug 84 bedeckt ist, ist ihre Dicke ebenfalls größer als bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art. Das Element 86a wird als Basiselektrode und das Element 91 als innerer Verdrahtungs-Leiterzug benutzt.

In den Fig. 4 A bis 4D sind die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiei des erfindungsgemäßen Verfahrens dargesteiii. du Bei dieser Abwandlung werden bis zum Arbeitsgang gemäß Fig. 3B die gleichen Verfahrensschritte angewandt. Nach Abschluß des Arbeitsgangs gemäß Fig. 3B wird die Oberfläche des Siliziumplättchens mit einem dicken Photowiderstandsfilm 100 aus AZ-1350H unter Verwendung der vorher beschriebenen Schleudervorrichtung bedeckt. Hierauf wird auf die vorher in Verbindung mit Fig. 3D beschriebene Weise die Oberfläche des Siliziumplättchens gleichmäßig mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt, wonach der Photowiderstands-51m 100 entwickelt wird, um einen Teil desselben abzutragen. Im Anschluß hieran liegen die Oberflächen der polykristallinen Siliziumkörper 60a und 60b zur Bildung der Emitterelektrode bzw. des Kollektoranschlusses durch den verbliebenen Abschnitt 100a des Photowiderstandsfilms 100 nach außen hin frei. Die über den Siliziumkörpern 60a und 606 befindlichen Abschnitte des isolierenden Siliziumoxidfilms werden anschließend durch Ätzen abgetragen. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 4A veranschaulicht.

Nach dem Abtragen des Photowiderstandsfilms 100α wird eine aus Nickel oder Molybdän bestehender Grundiermetallschicht 101 für das Galvanisieren nach einem Vakuumaufdampfverfahren auf der gesamten Oberfläche des Siliziumplättchens mit einer Dicke von z. B. etwa 0,1 um hergestellt. Der entsprechende Zustand ist in Fig. 4B dargestellt.

Daraufhin werden nach den Verfahrensschritten gemäß Fig. 3F und 3G Maskenmuster bzw. -schablonen 105 und 106 auf den polykristallinen Siliziumkörpern 60a und 60b angeordnet. Insbesondere wird dabei die Gesamtober^äche des Siliziumplättchens wiederum mit einem Photowiderstandsfilm überzogen, und die Oberseiten der polykristallinen Siliziumkörper 60a und 60b werden freigelegt. Die Maskenmuster 105 und 106 werden dann durch Galvanisieren auf den freiliegenden Oberseiten ausgebildet. Unter Benutzung der Maskenmuster 105 und 106 als Belichtungsmasken wird dann die gesamte Oberfläche des Siliziumplättchens mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt. Durch Entwickeln und Ätzen wird dann der aufgalvanisierte Metallfilm 101 abgetragen, außer an den Stellen 101a und 101b, die unter den Abschnitten 107a bis 107d des Photowiderstandsfilms und den Maskenmustern 105 und 106 liegen. Fig. 4C veranschaulicht den dabei erreichten Zustand.

Sodann werden nach denselben Arbeitsschritten, wie in Verbindung mit Fig. 3G beschrieben, Basiskontakte 108 und 109 ausgebildet. Dabei wird Bor in das Siliziumplättchen gemäß Fig. 4C unter Anwendung einer Energie implantiert, welche das Bor sich durch die isolierende Siliziumoxidschicht 63, nicht aber durch die Siliziumschicht 57a hindurch ausbreiten läßt, die durch Wärmebehandlung gebildet worden ist; auf diese Weise werden die Basiskontakte 108 und 109 hergestellt. Sodann werden die Abschnitte 107a bis 107rf sowie die Abschnitte 101a und 101b der unter den Maskenmustern 105 und 106 liegenden Grundiermetallschichten abgetragen, und der überflüssige Teil der isolierenden Siliziumoxidschicht 63 wird entfernt. Durch beispielsweise Aufdampfen werden dann Verdrahtungsmetallfilme bzw. -schichten 110a bis 11Oe gebildet. Dieser Zustand ist in Fig. 4D dargestellt, woraus ersichtlich ist, daß hierbei dieselbe Konstruktion wie in Fig. 3L erhalten werden kann. Obgleich eine Ausbildung des Basiskontakts durch Diffusion wahlfrei ist, erfordert die Ionenimplantation eine Behandlung bei hoher Temperatur, so daß es vorteilhaft ist, ein Metall wie Molybdän zu verwenden, «Jas bei lici KuuiiciiipciaiuibehäüuiüMj; nicht tief in die polykristallinen Siliziumkörper 60a und 60b hineindiffundiert, wenn die Galvanisier-Grundicrmetallschichten 101a und 1016 sowie die metallenen Maskenmusterschichten 105 und 106 hergestellt werden. Wenn eine Basiskonakt-Diffusion nicht notwendig ist, kann für die Metallschichten 101a, WIb, 105 und 106 ein beliebiges Metall verwendet werden. Der anschließende Verfahrensschritt entspricht demjenigen

gemäß Fig. 3M, so daß schließlich ein Transistor der Art gemäß Fig. 3N erhalten wird.

Ein Vergleich zwischen den Ausfuhrungsbeispielen gemäß Fig. 3 und Fig. 4 zeigt deutlich, daß letztere eine kleinere Zahl von Arbeitsgängen benötigt. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn eine Basiskontakt-Diffusion nicht erforderlich ist.

Da bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig. 3 der Zweck des Verfahrensschritts von Fig. 3M in der Beseitigung von Metall an den Stellen besteht, an denen kein Metall nötig ist, kann dieser Verfahrensschritt auch in einer anderen Stufe nach einem an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise ist es beim Abtragen des Photowiderstandsmaterials in der Stufe gemäß Fig. 31 möglich, die Grundiermetallschicht 26 aufzudampfen und dabei eine dünne Photowiderstandsschicht in einem Bereich zu erhalten, in welchem der Metallfilm in einer späteren Stufe abgetragen werden soll, dann über den Verfahrensschritt gemäß Fig. 31 auf denjenigen gemäß Fig. 3K überzugehen und schließlich den unnötigen Teil der Metallschicht 86 und der Verdrahtung-Grundiermetallschicht TJc zusammen mit der Photowiderstandsschicht zu entfernen, indem das Siliziumplättchen in eine Flüssigkeit eingetaucht wird, durch welche das Photowiderstandsmaterial aufgelöst wird.

Die Fig. 5 A und 5B veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher die Maskenmuster bzw. -schablonen durch elektrodenloses Galvanisieren gebildet werden.

Nach Durchführung der Verfahrensschritte bis zu demjenigen nach Fig. 4A werden Metallschichten auf die polykristallinen Siliziumkörper 60a und 606 aufgetragen, um auf diesen Siliziumkörpern gemäß Fig. 5A Maskenmuster-Metallschichten 120a und 120b auszubilden. Hierauf wird die gesamte Oberfläche des Siliziumplättchens unter Heranziehung dieser Maskenmuster-Metallschichten als Maske mit Ultraviolettstrahlung bestrahlt, worauf das Plättchen entwickelt wird. Das Plättchen wird hierauf chemisch geätzt, um die isolierende Siliziumoxidschicht mit Ausnahme des Bereichs abzutragen, der von den Abschnitten 1006 bis lOOe der Photowiderstandsschicht unter den Maskenmusterschichten 120a und 1206 bedeckt ist. Der betreffende Zustand ist in Fig. SB dargestellt.

Hieran schließt sich derselbe Verfahrensschritt an, wie er in Verbindung mit Fig. 4B beschrieben worden ist.

Wenn ein Basiskontakt mit hoher Fremdatomkonzentration nach einem Borionenimplantationsverfahren hergestellt werden soll, wird die Implantationsenergie auf einen niedrigen Pegel eingestellt, damit sich die Borionen nicht durch die Oxidschicht hindurch ausbreiten, sondern unmittelbar bis zu einer vorbestimmten Tiefe von z. B. 0,05 μΐη in den Basisbereich implantiert werden. Wenn das elektrodenlose Galvanisieren auf den Oberseiten der polykristallinen Siliziumkörper 60a und 606 wirkungsvoll bzw. wirtschaftlich durchgeführt werden soll, werden die ätzmittelbeständigen Muster 61a und 6If) nach dem Züchten der polykristallinen Siliziumkörper gemäß Fig. 3 A ausgebildet, worauf dünne Metallschichten darauf aufgedampft werden. Bei dieser Arbeitsweise wird die elektrodenlos galvanisierte Schicht auf die dünne Metallschicht aufgebracht, wodurch der Galvanisierwirkungsgrad verbessert werden kann. Wenn die Maskenmuster-Metallschichten nach dem beschriebenen elektrodenlosen Galvanisieren herßestellt werden, kann die Zahl der Arbeitsschritte im Vergleich zu denen gemäß Fig. 3A bis 3M sowie im Vergleich zu den Verfahrensschritten gemäß Fig. 4A bis 4 D wesentlich verringert werden. Als Lösung für das elektroden!ose Galvanisieren kann die von der Firma Engechard Co. vertriebene Lösung ATOMEX (eingetr. Warenzeichen) benutzt werden.

Obgleich gemäß der vorstehenden Beschreibung als Isolierfilm ein Siliziumoxidfilm benutzt wurde, kann dieser durch einen behebigen anderen Isolierfilm, z. B.

ίο einen Siliziumnitridfilm, ersetzt werden.

Im folgenden ist ein Verfahren zur Ausbildung von Widerständen und inneren Verdrahtungen bzw. Leiterzügen für die Herstellung eines integrierten LS-Schaltkreises mit hoher Integrationsdichte beschrieben.

is Fig. 6 A zeigt den ersten Arbeitsgang beim Verfahren zur Herstellung der Widerstände und der inneren Verdrahtungen bzw. Leiterzüge, wobei ein Siliziumplättchen mit 200, ein durch Wärmebehandlung auf dem Plättchen 200 ausgebildeter Siliziumoxidfilm mit 201, eine auf diesem Film 201 ausgebildete polykristalline Siliziumschicht mit 202 und ein ätzmittelbeständiges Muster bzw. Schablone mit 203 bezeichnet sind. Material und Konstruktion dieser Elemente entsprechen dem vorher beschriebenen Transistor.

Das Siliziumplättchen gemäß Fig. 6A wird den Arbeitsgängen gemäß den. Fig. 3B und 3G unterworfen, um eine Konstruktion gemäß Fig. 6B zu erhalten. Zur Herstellung eines Widerstands, wobei die polykristalline Siliziumschicht 202 mit dem Siliziumoxidfilm 201 auf dem Siliziumplättchen 200 in Kontakt steht, wird ein polykristalliner Siliziumkörper 202a gebildet, auf dessen Oberfläche sodann ein isolierender Siliziumoxidfilm 205, eine Galvanisier-Grundiermetallschicht 206 und eine Maskenmuster-Metallschicht 207 geformt werden. Die Abschnitte der Metallschicht 206, die nicht durch ein Photowiderstandsmaterial 208a und 2086 unter der Maskenmuster-Metallschicht 207 geschützt

sind, werden dann durch Ätzen abgetragen.

Die Konstruktion gemäß Fig. 6C wird dadurch

erhalten, daß das Plättchen gemäß Fig. 6B den Arbeitsgängen nach Fig. 3H bis 3L unterworfen wird. Kurz gesagt, werden die unter der Maskenmuster-Metallschicht 207 liegenden und nicht durch den Photowiderstandsfilm geschützten Bereiche des Siliziumoxid-

films 205 durch Ätzen abgetragen. Hierauf werden die Maskenmuster-Metaiischicht 207, der Photowiderstandsfilm und die unter der Metallschicht 207 liegende Galvanisier-Grundiermetallschicht 206 abgetragen bzw. entfernt, und der Siliziumoxidfilm auf der Oberseite Q

so des polykristallinen Siliziumkörpers 202a wird ebenfalls abgetragen, so daß die Abschnitte 205a und 205b des Siliziumoxidfilms an den Seitenflächen des polykristallinen Siliziumkörpers stehen bleiben. Danach wird eine nicht dargestellte Verdrahtungs-Metallschicht 210 auf der gesamten Oberfläche des Siliziumplättchens ausgebildet, und ein vergleichsweise dicker Photowiderstandsfilm 211 wird in der Weise aufgetragen, daß die Oberseite Q des polykristallinen Siliziumkörpers 202a frei bleibt. Danach wird auf die freibleibende Oberseite Q eine Widerstandselektrode 212 unter Benutzung der Verdrahtungsschicht auigaivanisicri, und innere Verdrahtungs-Metallschichten 213a und 2136 werden unter Benutzung der Elektrode 212 als Maske aufgedampft. Gleichzeitig wird auch eine Widerstandsmetallschicht 213c auf der Elektrode 212 gebildet.

Danach werden die inneren Verdrahtungs-Metallschichten 213a und 2136 sowie die nicht mit der Widerstandsmetallschicht 213c bedeckten inneren Verdrah-

tungs-Metallschichten 210α und 210b abgetragen, und die betreffenden Abschnitte werden mit einer dicken Photowiderstandschicht bedeckt. Eine Fläche des Photowiderstandsfilms mit einer Breite L, und einer Länge L₂ auf dem Widerstandsmetall wird belichtet und dann s entwickelt, so daß die Widerstandsmetallschicht 213c in diesem Bereich freigelegt wird. Sodann werden die Widerstandsmetallschicht 213c in diesem Bereich, die Widerstandselektrode 212 und die Verdrahtungs-Metallschicht 210 weggeätzt, um die Oberseite Q' des polykristallinen Siliziumkörpers 202a gemäß Fig. 6 D freizulegen (der verbleibende Teil des Photowiderstandsfilms ist dabei nicht gezeigt). Der Siliziumkörper 202a dient als Widerstand, dessen Anschlüsse bzw. Klemmen durch die Widerstandsmetallschichten 213c is gebildet werden.

Weiterhin werden die Abschnitte 213a und 2136 als innere Leiterzüge benutzt, wenn das Plättchen als integrierter Schaltkreis verwendet wird.

Vorstehend sind die Arbeitsgänge bzw. Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Transistors mit inneren Leiterzügen anhand der Fig. 3A bis 3N, Fig. 4A bis 4D und Fig. 5A bis SB beschrieben, während die Arbeitsgänge bei der Herstellung eines Widerstands mit inneren Leiterzügen in Verbindung mit Fig. 6A bis 6D erläutert sind. Zur Herstellung eines integrierten Schaltkreises mit einem Widerstand und inneren Leiterzügen auf demselben Plättchen werden der Widerstand und die inneren Leiterzüge nach den Verfahrensschritten gemäß Fig. 6 C und der Transistor nach den Verfahrensschritten gemäß Fig. 3M und 3N hergestellt. Ein integrierter Schaltkreis wird dann dadurch vervollständigt, daß auf dem Siliziumplättchen ein Isolierfilm mit einer Dicke von etwa 1 μΐη vorgesehen wird, durch den Isolierfilm hindurch die nötigen Öffnungen ausgebildet werden, die für die Anschlüsse zur Bildung der gewünschten Schaltung erforderlich sind, und Verdrahtungen bzw. Leiterzüge mittels eiiies Metallfilms hergestellt werden.

Obgleich nicht näher erläutert, ist es offensichtlich, <to daß ein Transistor, ein Widerstand und innere Leiterzüge auch nach den Verfahrensschritten gemäß Fig. 4A bis 4D und Fig. 5 A und 5B hergestellt werden können.

Fig. 7 veranschaulicht in Schnittansicht einen n-Kanal-MOS-Transistor. Der MOS-Transistor umfaßt ein p-Typ-Siliziumplättchen 250 mit einem spezifischen Widerstand von 0,5-1 Ohm/cm, einen durch Erwärmen ausgebildeten Siliziumoxidfilm 251, einen polykristallinen Gate-Siliziumkörper 252, eine Gate-Elektrode 254, eine Source-Elektrode 255, eine Drain-Elektrode 256, eine p-Fremdatomdiffusionsschicht 258, die ein p-Fremdatom, z. B. Bor, in niedriger Dichte bzw. Konzentration enthält (1 x 10" cm³), einen Gate-Siliziumoxidfilm 259 mit einer Dicke von etwa 0,1 μΐη auf der Diffusionsschicht 258 sowie Source- und Drain-Elektroden 260 und 261, die durch Wärmediffusion oder Dotierung des p-Sili7iumplättchens 250 mit einem n-Fremdatom, wie Arsen oder Phosphor, hergestellt worden sind. Ein derartiger MOS-Transistor kann ohne weiteres nach den Verfahrensschritten gemäß den Fig. 3 A bis 3M hergestellt werden, wobei die jeweiligen Elektroden durch Mikrospalte gegeneinander isoliert sind, die durch Selbstausrichtung gebildet worden sind.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung einer integrierten Schaltung mit einem npn-Transistor bzw. einem MOS-Transistor. Das beschriebene Verfahren ist auch auf pnp-Transistoren sowie auf verschiedene Dioden anwendbar. Außerdem ist das Halbleitermaterial für das Halbleitersubstrat nicht auf Silizium beschränkt, vielmehr können auch Germanium und Zwischenmetall verbindungen, z. B. Antimon-Arsenid und Gallium-Arsenid u. dgl. verwendet werden.

Das beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer nagelkopfförmigen Elektrode kennzeichnet sich durch verbessertes Ausbringen. Genauer gesagt, ist bei den bekannten Halbleitervorrichtungen die Querschnittsform des polykristallinen Siliziumkörpers auf eine umgekehrte Kegelstumpfform beschränkt, während die Querschnittsform des polykristallinen Siliziumkörpers bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß den Fig. 8A, 8B und 8C unregelmäßig sein kann. Bei dieser unregelmäßigen Konfiguration reicht es aus, wenn die Basis oder Grundfläche des polykristallinen Siliziumkörpers mit einer Toleranz S_x innerhalb der lotrechten Projektion S₀ des Maskenmusters A auf dem Substrat bzw. dem Siliziumplättchen liegt. Diese Ausbildung ist wesentlich vorteilhafter als die bisherige nagelkopfförmige Elektrodenkonstruktion, bei welcher der polykristalline Siliziumkörper so bearbeitet wird, daß er eine umgekehrte Kegelstumpfform erhält, indem die Ätzgeschwindigkeit durch Einstellung der in diesem Siliziumkörper enthaltenen Fremdatommenge und der Diffusion des Fremdatoms durch Wärmebehandlung variiert wird.

Nach den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten kann ein npn-Transistor zur Verwendung bei ultrahohen Frequenzen, aber auch ein integrierter Schaltkreis mit einem solchen Transistor hergestellt werden. Beim Entwurf des Schemas eines für ultrahohe Frequenzen geeigneten, so hergestellten Transistors unter Festlegung der Mindestabmessung auf 2 μηι verringert sich der äußere Basiswiderstand auf V> des Widerstands eines Transistors der herkömmlichen PIanarkonstruktion, während die Kapazität des Kollektor-Basis-Übergangs unmittelbar unter der äußeren Basis auf die Hälfte des Werts einer bisherigen Konstruktion abnimmt, was auf eine beträchtliche Verbesserung bezüglich des Hochfrequenzgangs hinweist. Während die maximale Schwingungsfrequenz der bekannten Transistoren 7,3 GHz beträgt, erhöht sie sich beim nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Transistor mit derselben Emitterfläche auf 13,3 GHz.

Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, die für den Betrieb eines bisher üblichen Transistors nicht nötigen Bereiche zu beseitigen und dadurch die Hochfrequenz-Kennlinie weiter zu verbessern.

Mit dem beschriebenen Verfahren ist es außerdem ohne weiteres möglich, Elektroden herzustellen, die eine große Stromkapazität oder -leistung besitzen und die in hoher Dichte angeordnet sind. Die Dicke der Metallschichten für die Herstellung der Emitter- und Kollektorelektroden, der Widerstände und der Elektrodenverdrahtungen kann im Vergleich zu der bisherigen Konstruktion beim Doppelten oder mehr liegen.

Zusätzlich sind die Abweichungen bzw. Unterschiede in den Eigenschaften der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtungen sehr gering. Selbst wenn gewisse Abstands- oder Dimensionsfehler in dem beim ersten Arbeitsgang auf der Photomaske ausgebildeten Vorrichtungsschema vorhanden sind, ist der relative Abstand zwischen Emitter- und Basiskontakten, der einen Einfluß auf die Eigen-

schäften der hergestellten Halbleitervorrichtung hat,
festgelegt, wobei er sich nicht in Abhängigkeit von der
Querschnittsform des polykristallinen Siliziumkörpers
ändern kann, wie dies bei der bekannten Konstruktion
der Fall ist, so daß schließlich Halbleitervorrichtungen
mit identischen Eigenschaften in hoher Ausbeute hergestellt werden können.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Hestellung einer Halbleitervorrichtung, auf deren Halbleitersubstrat (21, 50, 200, 250) an einer vorbestimmten Stelle wenigstens ein polykristalliner Silizium-Halbleiterkörper (33, 40, 60α, 606, 202α, 252) hergestellt wird, an dessen Oberseite eine sich seitlich über dieselbe hinaus erstreckende Metallelektrode gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,

daß nach der Erzeugung des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers mit gleichmäßiger Fremdstoff-Konzentration die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats einschließlich des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers mit einer Photowiderstar.dsschicht (68, 211) beschichtet wird (Fig. 3D),

daß in der Folge diese Photowiderstandsschicht (68, 107, 211) von ihrer Oberseite her soweit abgetragen wird, bis eine Freilegung der Oberseite des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers erfolgt (Fig. 3E) und

daß schließlich auf der Oberseite des freiliegenden polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers durch Galvanisieren die sich seitlich über die Oberseite hinaus erstreckende Metallelektrode (70, 71, 105, 106,120a, 120fc, 207) hergestellt wird (Fig. 3F, 4C, 5A und 6B).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß vor dem Aufbringen der Photowiderstandsschicht (68) auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats einschließlich des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers zuvor eine Isolierschicht (63) sowie eine Grundiermetallschicht (67) aufgebracht werden (Fig. 3B und 3C),

daß in der Folge die oberhalb des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers befindliche Metallelektrode (70, 71) entfernt wird (Fig. 3H),
daß daraufhin die Oberfläche des Halbleitersubstrats mit einer zweiten Photowiderstandsschicht (76) beschichtet wird, welche eine Entfernung der Isolierschicht im Bereich der Oberseite des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers erlaubt (Fig. 31),
daß in der Folge auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats eine zweite Grundiermetallschicht (77) sowie eine dritte Photowiderstandsschicht (78) aufgebracht werden,

daß daraufhin diese dritte Photowiderstandsschicht (78) soweit abgetragen wird, bis die Oberfläche der zweiten Grundierungsmetallschicht (77) im Bereich der Oberseite des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers freigelegt ist, und
daß schließlich auf der Oberseite der zweiten Grundierungsmetallschicht (77) im Bereich der Oberseite des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers erneut eine seitlich sich darüber hinaus erstreckende Metallelektrode (80, 81) durch Galvanisieren aufgebracht wird (Fig. 3J).

^ \/i>rfahrf»n narh Ancnriiph 0 HaHnrph optpnn-Aufbringen einer vierten Photowiderstandsschicht (89) auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (Fig. 3M),
Entfernen jener Teile der vierten Photowiderstandsschicht (89), welche über des nicht benötigten Bereichen von Leiter- und zweiten Grundierungsmetüllschichten (77) liegen,

Entfernen der nicht benötigten Bereiche der Leiterund zweiten Grundierungsmetallschichten (77) und

ίο vollständiges Entfernen der vierten Photowiderstandsschicht (89) (Fig. 3N).

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Aufbringen einer Isolierschicht (63) auf die gesamte Oberfläche des Halbleitersubstrats einschließlich des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers (60α, 60f>) vor dem Aufbringen der Photowiderstandsschicht 107,
Abtragen der Isolierschicht (63) im Bereich der Oberseite des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers (60α, 606) mittels einer weiteren Photowiderstandsschicht (Fig. 4A),

Aufbringen einer Grundierungsmetallschicht (101) auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats einschließlich des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers (60α, 60f>) (Fig. 4B),
Beschichten der Grundierungsmetallscliicht (101) mit der Photowiderstandsschicht (107) und
Abtragen einer vorbestimmten Dicke der Photowiderstandsschicht (107) unter Freilegung der Grundierungsmetallschicht (101) im Bereich der Oberseite des polykristallinen Silizium-Halbleiterkörpers (60α, 606) (Fig. 4C).