DE2758283A1

DE2758283A1 - Integrierte halbleiterstrukturen sowie verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2758283A1
Application number: DE19772758283
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Martin Feist
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-27
Publication date: 1978-07-06
Also published as: IT1090820B; CA1090006A; FR2375720B1; JPS5383585A; GB1548778A; FR2375720A1; DE2758283C2; JPS6123657B2; US4155783A

Description

Raytheon Company, I'll Spring Street, Lexington, Mass. 02173 Vereinigte Staaten von Amerika

Integrierte Halbleiterstrukturen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft integrierte Halbleiterstrukturen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.

Bekanntlich können Halbleiteranordnungen, die auf einem monokristallinen Körper angeordnet sind, dadurch voneinander getrennt werden, daß zwischen ihnen Isolationswannen angeordnet werden. Die Isolationswannen erstrecken sich von der Oberfläche einer auf einem Halbleitersubstrat aufgebrachten epitaktischen Schicht durch diese Schicht hindurch in das Substrat. Luft oder ein Oxyd mit einer Dielektrizitätskonstanten, die vorzugsweise kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante des Kristallkörpers in den Isolationswannen, bewirkt die dielektrische Isolation zwischen den Halbleiteranordnungen. Es ist mitunter erwünscht, den Grad der Isolation zu vergrößern, indem Zonen hoher Leitfähigkeit ausgebildet werden, in denen sich Störstellen von einem Leitungstyp befinden, der das entgegengesetzte Vorzeichen des Leitungstyps der epitaktischen Schicht besitzt, die in dem Substrat den Bodenflächen der Isolationswannen benachbart ist. Es wurden zwar bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung derartiger Zonen vorgeschlagen. Diese Verfahren sind Jedoch vergleichsweise kompliziert und wenig zuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monolitisch integrierte Halbleiterschaltung zu schaffen, die eine hohe Ausbeutungsrate sowie eine hohe Packungsdichte bei niedrigen

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Herstellungskosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung wird also eine ätzmittelbeständige Maske, in der Fenster angeordnet sind, auf der Oberfläche eines Halbleiterkörpers angebracht. Isolationswannen werden in diesen Halbleiterkörper eingeätzt, in-dem zuerst ein anisotropes Ätzmittel mit der durch die Fenster exponierten Oberfläche des Halbleiterkörpers in Verbindung gebracht wird. Dadurch werden Wannen gebildet, deren Seitenwände die Oberfläche des Halbleiterkörpers unter einem spitzen Winkel schneiden. Die auf diese Weise in dem Halbleiterkörper ausgebildeten Wannen werden weitergeätzt, in-dem ein isotropes Ätzmittel mit den durch die Fenster/Exponierten Begrenzungsflächen der durch den ersten Verfahrensschritt eingeätzten Wannen in Verbindung gebracht wird. Dabei greift das isotrope Ätzmittel den Halbleiterkör-

der

per unter ätzmittelbeständigen Maske derart an, daß die Masken sich danach über die Seitenwände der resultierenden Wannen erstrecken und deren Bodenflächen unterhalb der Fenster liegen. Da die Maske die Seitenwände der Wannen abschirmt, können durch Ionenimplantation Teilchen durch die Fenster in den Halbleiterkörper eingebracht werden, wobei die Fenster dafür sorgen, daß diese Teilchen ausschließlich in die Bodenfläche der Wannen implantiert werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Oberfläche des Halbleiterkörpers parallel zu der 1OO-Kristallgitterebene des Halbleiterkörpers orientiert. Das anisotrope Ätzmittel bildet zunächst Isolationswannen, dessen Seitenwände im wesentlichen parallel zu der 111 -Kristallgitterebene des Halbleiterkörpers verlaufen. Die Verwendung eines anisotropen Ätzmittels verursacht, daß zwischen der ebenen Oberfläche des Halbleiterkörpers und den Seitenwänden der Isolationswannen eine gewisse Ungleichförmigkeit entsteht» die beibehalten wird, wenn die Isolationswannen durch die Einwirkung des iso-

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tropen Ätzmittels fertiggestellt sind. Dadurch wird der anschließende Metallisierungsprozeß erleichtert, in welchem Verbindungsleiterbahnen über den Isolationswannen ausgebildet werden. Durch das isotrope Ätzmittel werden auch Teile des Halbleiterkörpers entfernt, die sich unter der Maske befinden, so daß die Maske sich anschließend über die Seitenwände der Wannen erstreckt und die Bodenflächen dieser Wannen durch die Fenster exponiert werden. Dadurch ist es möglich, die ätzmittelbeständige Maske, die zur Bildung der Isolationswannen dient, auch als Maske zur Ionenimplantation zu verwenden, wobei sichergestellt ist, daß die Ionen in die Bodenfläche der Isolationswannen implantiert werden. Dies bedeutet, daß dieser Prozeß ein "selbstausrichtender" Prozeß ist und die Bildung der Isolationszonen unter den Bodenflächen der Isolationswannen exakt gesteuert wird* Da auf diese Weise die Plazierung der Isolationszonen exakt gesteuert wird, kann die Tiefe der Isolationswannen verringert werden. Infolgedessen ist auch die Tiefe reduziert bis zu der bei dem Metallisierungsprozeß die Verbindungsleiterbahnen gebildet werden müssen. Jedes dieses Merkmale - nämlich der selbstausrichtende Prozeß und die reduzierte Tiefe der Isolationswannen - verbessern die Ausbeute und verringern die Herstellungskosten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung findet nach der Ionenimplantation ein Erhitzungsprozeß statt, der sowohl dazu dient, die Oberfläche des Halbleiterkörpers zu oxidieren als auch dazu, den Dotierungsstoff der Basiszone eines Transistors und die durch Ionenimplantation eingebrachten Teilchen weiter in den Halbleiterkörper hineinzutreiben. Dadurch, daß die implan-.tierten Teilchen weiter in den Halbleiterkörper hineingetrieben werden, ist die Tiefe der Wannen verringert und die Glattheit der Oberfläche verbessert. Dadurch daß die durch Ionenimplantation eingebrachten Teilchen und der Dotierungsstoff für die Basisregion gleichzeitig in den Halbleiterkörper eingetrieben werden,wird der betreffende Erhitzungszyklus opti mal ausgenutzt, wodurch die Anforderungen an die Tiefe der

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Wannen verringert werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung findet eine Schicht aus Siliziumnitrid als Schicht für die ätzmittelbeständige Maske Verwendung. Während des Erhitzungszyklus wird die Siliziumnitridschicht nicht oxydiert. Die aus Silizium bestehenden Seitenwände und die Bodenfläche der Wannen werden hingegen oxydiert. Da sie anschließend mit Siliziumdioxyd (SiO₂) aufgefüllt werden, wird die Ebenheit der Oberfläche weiter verbessert.

Wegen der Verwendung eines isotropen Ätzmittels ist es überflüssig, irgendwelche Vorkehrungen zur Kompensation der Ecken der Maske zur Ausbildung der Wannen zu treffen, die üblicherweise dazu dienen, zumindest annähernd rechteckige Gestaltung der geätzten Wannen zu erzielen.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 bis 6 zeigen Querschnittszeichnungen eines Teiles einer integrierten Halbleiterschaltung in verschiedenen Herstellungsphasen. Sie dienen zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 7 und 8 zeigen Querschnittsansichten eines Bereiches einer integrierten Halbleiterschaltung in verschiedenen Fertigungsphasen. Sie dienen zur Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 und 10 zeigen Querschnittszeichungen eines Teiles einer integrierten Halbleiterschaltung in verschiedenen Stadien ihrer Herstellung. Sie dienen zur Veranschaulichung der Fertigungsmethoden eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Einkristall-Halbleiterkörper 10 dargestellt mit einem im folgenden als "Wafer" bezeichneten Teil

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der aus p-leitendem Silizium besteht und eine ebene Oberfläche 14 besitzt, die parallel zu der 100-Kristallgitterebene des Halbleiter-Einkristallkörpers orientiert ist. In den Wafer 12 kann eine (nicht dargestellte) Subkollektorzone entgegengesetzten Leitungstyps, d.h. mit n⁺-Leitfähigkeit, eindiffundiert werden, wobei die üblichen photolithcgraphischen und Diffusions-Prozesse Anwendung finden. Auf der Oberfläche 14 des Wafers 12 wird in üblicher Weise eine epitaktische Schicht 18 mit η-Leitfähigkeit aufgebracht, die im vorliegenden Fall 2,0 bis 3,0, vorzugsweise 2,5/im Dicke aufweist. Die epitaktische Schicht 18 besitzt eine ebene Oberfläche 20, die parallel zu der 100-Kristallgitterebene des Wafers 12 orientiert ist. Auf der Oberfläche 20 der epitaktischen Schicht ist eine Siliziumdioxydschicht 22 von 1000 bis 2000 8, vorzugsweise von 1500 % aufgebracht, die im vorliegenden Fall in der dargestellten Weise auf eine der bekannten Arten "thermisch aufgewachsen ist. Unter Verwendung üblicher photolithographischer Verfahren ist in die Siliziumdioxydschicht ein Fenster eingebracht, das eine Diffusionsmaske zur Bildung der Basiszone darstellt. Obwohl nur ein Fenster 24 gezeigt ist, sei hier erwähnt, daß in der Praxis eine Vielzahl derartiger Fenster in der epitaktischen Schicht 18 ausgebildet wird, um die Basiszonen weiterer (nicht dargestellter) Halbleiteranordnungen zu bilden, die auf demselben Wafer 12 entstehen sollen. Die erwähnte Diffusion wird ferner für die an sich bekannte Bildung von (nicht dargestellten) Widerständen angewendet. Zur Vereinfachung der Darstellung wird im folgenden die Bildung eines einzelnen Transistors erläutert. Es versteht sich von selbst, daß in der epitaktischen Schicht 18 eine Vielzahl von aktiven und/oder passiven Bauelementen ebenfalls ausgebildet werden können. Die Basiszone 26 (Fig. 1) wird in der epitaktischen Schicht 18 unter Verwendung üblicher Diffusionsverfahren gebildet, in^dem ein p-leitender Dotierungsstoff eindiffunidert wird. Es handelt sich im vorliegenden Fall um Bor mit einer Oberflächenkonzentration in der Größenordnung von 10 Atomen/ cm'. Die Basis-Diffusion erfolgt - wie erwähnt - nach einem

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der bekannten Verfahren; die Tiefe der Basisregion 26 hat jedoch eine Dicke von 1000 bis 1500 Ä. (Dieser vergleichsweise flachen Ablagerung der Boratome folgt ein Prozeß,der diese Boratome in der weiter unten beschriebenen Weise tiefer in die epitaktische Schicht 18 hineintreibt.) Nachdem die Basiszone 26 in der beschriebenen Weise ausgebildet ist, wird die Siliziumioxydschicht 22 auf bekannte Weise entfernt. Es sei hier noch erwähnt, daß die Basiszone 26 durch Implantation von Bor-Ionen durch das Fenster 24 gebildet werden kann, wobei die Siliziumdioxydschicht 22 als Maske dient. Alternativ kann eine photoresistive Maske an Stelle der Siliziumdioxydmaske zur Implantation der Borionen bei der Bildung der Basiszone 26 verwendet werden.

Im folgenden sei auf Fig. 2 Bezug genommen: Eine Siliziumdioxydschicht 28, die im vorliegenden Fall eine Dicke von 3000 bis 8000 S Dicke aufweist, wird in der dargestellten Weise auf der Oberfläche 20 der epitaktischen Schicht 18 gebildet. Im vorliegenden Fall wird im wesentlichen die gesamte Siliziumdioxydschicht 28 auf der Oberfläche 20 der epitaktischen Schicht 18 unter Verwendung eines mit vergleichsweise niedriger Temperatur (d.h. weniger als 900° C) arbeitenden chemischen Dampfablagerungsprozeß gebildet, um zu verhindern, daß der Basis-Dotierungsstoff in irgendwie beträchtlichem Ausmaß weiter in die epitaktische Schicht 18 hineinwächst.

In der Siliziumdioxydschicht 28 werden unter Verwendung üblicher photolithographischer Verfahren Fenster 30 ausgebildet, um diejenigen Teile der Oberfläche 20 der epitaktischen Schicht 18, an denen um die aktiven Halbleiterelemente, z.B. einen Transistor herum Isolierwannen entstehen sollen, freizulegen.Die (nicht dargestellte) Maske, mittels derer Teile der Oberfläche 20 bei der Bildung von Fenstern 30 exponiert werden, ist längs der 110-Kristallgitterebene des Siliziumkörpers orientiert. Somit dient die Siliziumdioxydschicht 28 mit den darin ausgebildeten Fenstern 30 als ätzoittelbstän-

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dige Maske zur Bildung der Isolationswannen 32. Diese Wannen 32 werden in die epitaktische Schicht 18 (im vorliegenden Fall in einen Teil der Basiszone 26) eingeätzt, in-tlem zunächst ein anisotropisches Ätzmittel - es handelt sich im vorliegenden Fall um eine Äthylen-Diamin-Brenzkatechin-Lösung - mit den Teilen der Oberfläche 20 in Verbindung gebracht wird, die durch die Fenster 30 freigelegt sind. Alternativ kann auch irgendein anderes anisotropes Ätzmittel, beispielsweise eine gesättigte Lösung von Natriumhydroxyd (NaOH) in Wasser Verwendung finden. Derartige anisotrope Ätzmittel ätzen diejenigen Teile der epitaktischen Schicht 18, die durch die Fenster 30 exponiert sind, wobei das Silizium, das sich unterhalb der Siliziumdioxydschicht 28 befindet, nur außerordentlich wenig, beeinflußt wird. Die Wannen 32 besitzen Seitenwände, die zu der 111-Kirstallgitterebene des VfeCers 12 parallel liegen. Diese Seitenwände 24 bilden einen spitzen Winkel θ von im vorliegenden Fall 54,7° mit der ebenen Oberfläche 20. Die Breite der Fenster 30 beträgt im vorliegenden Fall 2,5 pm> Der Ätzprozeß dauertso lange an, bis die Bodenflächen 36 der Wannen 32 eine Tiefe in der Größenordnung von 0,3 bis 0,8 ,um, vorzugsweise von 0,5 pm von der Oberfläche 20 erreichen.

Es sei hier erwähnt, daß der anisotrope Ätzprozeß beendet wird, wenn die Bodenflächen 36 der Wannen 32 sich noch in der epitaktischen Schicht 28 befinden. D.h., daß dann_fwenn die Wannen 32 anisotrop bis zu einer Tiefe von 0,5 pm geätzt sind, das anisotrope Ätzmittel abgezogen wird und die Wannen 32 anschließend mit einem isotropen Ätzmittel (im vorliegenden Falle 9 HNO,:0,9 HF:3CH,00H Volumenteile) geätzt werden, indem dieses isotrope Ätzmittel mit dem durch die Fenster 30 exponierten Silizium in Kontakt gebracht wird. Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, verschiebt das isotrope Ätzmittel alle Begrenzungen der zuvor anisotrop geätzten Wannen 32 weiter in die epitaktische Schicht 18 (und in die Basiszone 26). Es ist ferner erkennbar, daß der spitze Winkel, den die Seitenwände 34 mit der Oberfläche 20 bilden,

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im wesentlichen beibehalten wird, wenn das isotrope Ätzmittel das unterhalb der Siliziumdioxydschicht 28 befindliche Silizium ätzt. Das bedeutet, daß die abgestumpften Teile oder die stumpfen V-förmigen Querschnitte der Wannen 32,die ursprünglich durch das anisotrope Ätzmittel erzeugt wurden, durch das isotrope Ätzmittel im wesentlichen beibehalten werden. (Die ursprünglich durch das anisotrope Ätzmittel erzeugten Wannen 32 sind in Fig. 3 in strichlierter Darstellung angedeutet.) Das Wegätzen des Siliziums unterhalb der Siliziumdioxydschicht 28 bewirkt, daß diese Schicht 28 ein Dach bzw. eine Abdeckung über den Seitenwänden 34 bildet, während die Fenster 32 die Bodenflächen 36 in der dargestellten Weise exponieren. Das bedeutet, daß die Siliziumdioxydschicht 28 eine Maske bildet, die sich über die Seitenwände 24 der resultierenden Wannen 32 erstrecken und daß die Bodenflächen 36 dieser Wannen 32 unterhalb der Fenster 30 angeordnet sind. Es sei noch erwähnt, daß der isotrope Ätzprozeß beendet wird, bevor die Wannen 32 durch die Oberfläche 14 des Wafers 12 hindurchtreten. (Im vorliegenden Fall besitzen die Bodenflächen 36 einen Abstand von 0,6 bis 0,8 ^m von der Oberfläche 14). Das bedeutet, daß die Wannen 32 vorzugsweise ganz innerhalb der epitaktischen Schicht 18 gebildet werden. (Während die Tiefe der Wannen 32 durch einen Ätzprozeß erzeugt werden und derartige Prozesse vergleichsweise genau steuerbar sind, ist der Prozeß zur Bildung der Dicke der epitaktischen Schicht 18 nicht mit dieser Genauigkeit steuerbar. Es ist daher möglich, daß - falls die epitaktische Schicht 18 dünner ist als der beim Entwurf zugrunde gelegte Wert - die Bodenflächen 36 auf der Oberfläche 14 oder in geringem Ausmaß in den Wafer 12 hineinragend ausgebildet werden). Es ist ferner ersichtlich, daß die Ausbildung von relativ flachen Wannen 32 den Metallisierungsprozeß begünstigt, da die Tiefe, bis zu der in diesem Metallisierungsprozeß die über die Isolationswannen 32 verlaufenden Verbindungsbahnen gebildet werden müssen,dann ebenfalls vergleichsweise gering ist.

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•fr

Zur Vergrößerung des Isolationsgrades der verhältnismäßig flachen Wannen 32 wird ein p-leitender Dotierungsstoff, im vorliegenden Fall Borionen in Form von B⁺Fp-Primärionen in die Bodenflächen 36 unter Anwendung bekannter Implantationsprozesse implantiert, so daß Zonen 38 entstehen. Die Ionenimplantation ist in Fig. 3 durch nicht näher bezeichnete Pfeile angedeutet. Der Siliziumdioxydschicht 28 kommt damit zusätzlich zu ihrer Funktion als ätzmittelbeständige Maske bei der Bildung der Wannen 32 die Funktion einer Maske für den Ionenimplantationsprozeß zu, in dem sie die Seitenwände 34 gegen die Ionen abschirmt, während die Fenster 30 den Durchtritt der Ionen durch die Bodenflächen 36 ermöglichen. Die Verwendung von B⁺Fp-Ionen bietet den Vorteil, daß sich einerseits leicht erhältliche Ionenimplantationsapparaturen mit hohem Ionenstrom verwenden lassen, die in vergleichsweise kurzer Zeit implantieren und daß sich andererseits eine verhältnismäßig geringe Eindringtiefe (d.h. 1000-1800 2) ergibt. Um eine derartige geringe Eindringtiefe bei der Verwendung reiner Borionen zu erreichen, ist üblicherweise ein Implantationsenergieniveau von 10-18 KeV erforderlich. Um bei diesem Energienievau mit reinen Borionen eine kurze Implantationszeit zu erreichen, benötigt man eine Apparatur, die mit verhältnismäßig großen Stromwerten arbeitet. Derartige mit niedrigem Energieniveau und hohem Strom arbeitende Apparaturen stehen üblicherweise nicht so leicht zur Verfügung wie Apparaturen, die mit hohem Energieniveau und hohen Ionenströmen arbeiten. Die B⁺ F2 Primärionen werden hier mit einem Energieniveau von 70 KeV implantiert, wobei die Eindringtiefe in die Siliziumdioxydschicht kleiner als 1500 % gehalten wird. Wegen dieser geringen Eindringtiefe, d.h. von weniger als 1500 %, bieten die überhängenden oder abschirmenden Bereiche der Siliziumdioxydschicht 28, die eine nominale Dicke von 6000 Ä besitzen, eine hinreichende Abschirmung gegen das Eindringen von Ionen in die Seitenwände 34, obwohl die Kanten dieser Schicht 28, in der die Fenster 30 ausgebildet sind, sich infolge des Ätzprozesses leicht bis zu einer Dicke von 2000 8 verjüngen, (wie dies durch die gestrichelten Linien 40 in Fig. 3 ange-

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deutet ist. Die Dosierungen der Ionenimplantation liegen im

12 15 vorliegenden Fall im Bereich von 10 bis 10 Ionen pro

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cm , vorzugsweise bei 10 ^J Ionen pro cm .

Oerjin dieser Weise ausgebildete Halbleiterkörper 10 wird anschließend für etwa 20 Minuten bei einer Temperatur im Bereich von 900° C bis 1000° C in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise in einer Stickstoff- oder Argonatmosphäre erhitzt, um irgendwelche Schäden der Siliziumkristallstruktur auszuheilen, die durch den IonenimplantationsprozeB verursacht sind. Danach wird die Siliziumdioxydschicht 28 entfernt. Dies geschieht im vorliegenden Fall mit einer Lösung aus Flußsäure (HF). Dann wird der Halbleiterkörper 10 in einer oxydierenden Atmosphäre von gesättigtem Sauerstoff auf eine Temperatur von 1000° C erhitzt, wodurch über die gesamte Oberfläche 20 einschließlich der Seitenwände 34 und der Bodenfläche 36 der Wannen 32 eine neue Siliziumdioxydschicht 42 wächst (Fig. 4). Im vorliegenden Fall ist die Siliziumdioxydschicht 42 auf eine Dicke von 3000 Ä angewachsen. Da der Halbleiterkörper 10 bei einer Temperatur im Bereich von 900° C bis 1000 ° C behandelt wurde, werden der Bor-Dotierungsstoff in der Basiszone 26 und die Borionen in den Zonen unter den Bodenflächen 36, d.h. die Zone 38, tiefer in den Halbleiterkörper 10 eingetrieben. Der Bor-Dotierungsstoff in der Basiszone 26 bildet dabei eine Basiszone 26, die eine Tiefe von 0,6 bis 0,8 μα gemessen von der Oberfläche 20 besitzt. Das implantierte Bor wird ebenfalls weiter in den Körper 10 hineingetrieben und dehnt die Isolationszone 38 von den Bodenflächen 36 in der dargestellten Weise zumindest bis in das Substrat 12 aus. Man erkennt also, daß der Erhitzungsprozeß, der dazu dient, den Bor-Dotierungsstoff in die Basiszone 26 und das in die Zone 38 ionenimplantierte Bor bis zur jeweils gewünschten Tiefe weiter in den Halbleiterkörper 10 hineinzutreiben, gleichzeitig in der beschriebenen Weise die neue Siliziumdioxydschicht bildet. Falls gewünscht, kann die Dicke der Schicht 42 gleichmäßig vergrößert werden, in dem Siliziumdioxyd unter Anwendung eines üblichen chemiechen Dampfablagerungsprozee zugefügt wird.

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Unter Verwendung eines üblichen photolithographischen Prozesses werden in der Siliziumdioxydschicht 42 öffnungen 48, 50 und 51 (Fig. 5) angebracht, die zur Bildung einer p-leitenden Basiskontaktzone 56, einer η-leitenden Emitterzone und einer η-leitenden Kollektorzone 54 dienen. Dabei können übliche Diffusions- oder Ionenimplantationsprozesse angewendet werden.

Sodann werden unter Anwendung üblicher Metallisierungsprozesse über Teilen der Siliziumdioxydschicht 42 und durch die in dieser Schicht gebildeten Fenster metallische Leiter 58b, 58e und 58c ausgebildet. Diese Leiter stellen den galvanischen Kontakt mit der Basis-, Emitter- und Kollektorzone 56, 52 bzw. 54 her. Die resultierende Struktur ist in Fig. 6 dargestellt.

Im vorangehenden wurde die Bildung eines aktiven Halbleiterelementes, im vorliegenden Fall eines Transistors beschrieben. Dieses Halbleiterelement wird durch die ionenimplantierten Zonen 38 und die in den herausgeätzten Wannen gebildete Oxydschicht 42 von den anderen (nicht dargestellten) aktiven oder passiven Halbleiterelementen isoliert, die auf der epitaktischen Schicht 18 ausgebildet sind und außerhalb der durch die Wannen 32 begrenzten Region liegen. Die ionenimplantierte Zone 38 bildet eine auf einem pn-übergang beruhende Isolierung während die herausgeätzten und oxydierten Wannen 32 eine dielektrische Isolierung für das Halbleiterelement bilden. Durch die Ausbildung der ionenimplantierten Zonen 38 verringert sich die erforderliche Tiefe für die Wannen zur dielektrischen Isolation im Vergleich zu der Tiefe, die für diese Wannen erforderlich ist, wenn die ionenimplantierten Zonen nicht vorgesehen sind und die oben erwähnte zusätzliche Übergangs-Isolierung beitragen. Der oben beschriebene selbstausrichtende Prozeß, bei dem die ätzmittelbeständige Maske, die zur Bildung der Wannen 32 benötigt wird, auch als Maske zur Ionenimplanta tion dient stellt sicher, daß dieAonenimplantierten Zonen genau plaziert sind. Die anfängliche Verwendung eines aniso-

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tropen Ätzmittels bewirkt, daß die Wannen 32 mit vergleichsweise geringen Ungleichförmigkeiten zwischen der Oberfläche der epitaktischen Schicht 18 und den Seitenwänden 34 der Wannen 32 gebildet werden. Die flache Tiefe der Wannen 32 und die geringen Ungleichförmigkeiten zwischen der Oberfläche der epitaktischen Schicht 18 und den Seitenwänden 34 der Wannen 32 erleichtern den Metallisierungsprozeß, verringern damit die Herstellungskosten und verbessern die Fertigungsausbeute. Die Verwendung eines einzigen Erhitzungsprozesses, durch den gleichzeitig die Oberfläche des Halbleiterkörpers oxydiert wird und die Dotierungsstoffe der Basiszone 26 und der Zonen 38 weiter in den Halbleiterkörper 10 bis zu den jeweils gewünschten Tiefen hineingetrieben werden, verbessert ebenfalls die Fertigungsausbeute.

Bei einer ersten alternativen Varianten der Erfindung wird nach der Ausbildung der Basiszone 26 und der Entfernung der Siliziumdioxydschicht 22, die in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurden, eine verhältnismäßig dünne Siliziumdioxydschicht 18, die im vorliegenden Fall 500 Ä dick ist, auf der Oberfläche 20 der epitaktischen Schicht 18 und der Basiszone 26 ausgebildet, wie dies aus Fig. 7 erkennbar ist. über dieser Siliziumdioxydschicht 80 wird eine Schicht 82 aus Siliziumnitrid (Si,N^) von 500 Ä bis 2000 Ä, vorzugsweise von 2000 8 ausgebildet. Hierzu wird irgendein übliches Verfahren, im vorliegenden Fall chemische Abscheidung aus der Dampfphase verwendet. (Statt dessen kann auch ein Kathodenzerstäubungsprozeß stattfinden). Die Bildung der dünnen Siliziumdioxydschicht 80 zwischen der epitaktischen Schicht 18 und der SiliziumnitrjcLschicht 82 verhindert, daß sich in der Siliziumnitridschicht 82 innere Spannungen entwickeln, wie sie im allgemeinen auftreten würden, wenn die SiliziumnitiKlschicht 82 unmittelbar auf der epitaktischen Schicht 18 ausgebildet wäre. Nach der Bildung der relativ dünnen Siliziumdioxydschicht 80 und der Siliziumnitridschicht 82 werden in diesen Schichten unter Anwendung üblicher photolithographischer Prozesse Fenster 30' ausgebildet. Zunächst wird eine Lösung aus Flußsäure

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(HF) angewendet, um eine Siliziumdioxydmaske zu ätzen, indem diese Flußsäure mit den wegzuätzenden Teilen der Siliziumdioxydschicht 80 in Berührung gebracht wird; sodann wird eine heiße Lösung aus Phosphorsäure angewendet, um in an sich bekannter Weise unerwünschte Bereiche der Siliziumnitridschicht 82 zu entfernen. Die unerwünschten Bereiche der Siliziumnitridschicht 82 können alternativ auch durch eines der bekannten Hochfrequenz-Plasmaätzverfahren und eine photoresistive Maske entfernt werden. In dem Siliziumkörper 10 werden Wannen 32' gebildet, indem zunächst ein anisotropes und anschließend ein isotropes Ätzmittel angewendet wird, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert wurde. Die Fenster 30' legen Bereiche der Oberfläche 20 der epitaktischen Schicht 18 frei, in denen Isolationswannen 32' um das aktive Halbleiterelement, im vorliegenden Fall einen Transistor, gebildet werden sollen.Somit dienen die Siliziumdioxydschicht 80 und die Siliziumnitridschicht 82 als ätzmittelbeständige Maske für die Bildung der Isolationswannen 32'. Die Isolationswannen 32' werden in die epitaktische Schicht 18 eingeätzt, in^-dem zunächst ein anisotropes Ätzmittel mit der Oberfläche 20 in Berührung gebracht wird, die durch die Fenster 30 freigelegt ist. Hierdurch werden Wannen 32 mit abgeflacht keilförmigem Querschnitt erzeugt, deren Seitenwände 34' parallel zur 111-Kristallgitter-Ebene des Substrats 12 verlaufen. Die Seitenwände 34' bilden deshalb mit der Oberfläche 20 einen spitzen V/inkel. Die Wannen 32' werden sodann weiter geätzt, indem ein isotropes Ätzmittel mit dem durch die Fenster 30' freigelegten Silizium in Verbindung gebracht wird. Das isotrope Ätzmittel wirkt unter die Oxyd-Nitrid-Schichten 80 bzw. 82, so daß diese Schichten 80 bzw. 82 ein Dach oder eine Abschirmung über den Seitenwänden 34' bilden, während die Fenster 32' die Bodenflächen 36· exponieren. Der zuletzt genannte Ätzprozeß wird beendet, bevor die Bodenflächen 36' der flachen Wannen 32' durch die Oberfläche 14 des Substrats 12 hindurchwandern, wie dies anhand von Fig. 3 beschrieben wurde.

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Wie ebenfalls in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben wurde, wird zur Verbesserung der von den flachen Wannen 32· gebildeten Isolierungen ein Dotierungsstoff aus p-leitenden Teilchen in die Zonen 38^f unterhalb der Bodenflächen 36* ionenimplantiert, wie dies in Fig. 8 erkennbar ist. Die Oxyd-Nitifd-Schichten 80 bzw. 82 dienen sowohl als atzmittelbeständige Masken zur Bildung der Wannen 30* als auch als Maske für den Ionenimplantationsprozeß» da diese Schichten 80 bzw. 82 die Seitenwände 34* gegen diese Ionen abschirmen, während die Fenster 30' den Durchtritt der Ionen in die Bodenflächen 36* ermöglichen. Der Ionenimplantationsprozeß und der Prozeß zur Bildung der Wannen sind selbstausrichtende Prozesse, die sicherstellen, daß die Zonen 38· sich in den Bodenflächen 36' der Wannen 32' befinden.

Nach dem Ionenimplantationsprozeß werden die Siliziumdioxydschicht 80 und die Siliziumnitridschicht 82 von dem Halbleiterkörper 10 entfernt, wobei eine Lösung aus Flußsäure (HF) zur Entfernung der Oxydschicht 80 und eine geeignete heiße Phosphorsäurelösung zur Entfernung der Nitridschicht 82 verwendet werden. Alternativ kann auch ein Plasmaätzer, beispielsweise der von der LFE Corporation, Walthem, Massachusetts, hergestellte Plasmaätzer zur Entfernung der Oxyd-Nitrid-Schichten 80, 82 Anwendung finden. Nach der Entfernung der Schichten 80 und 82 wird die Oberfläche 20 oxydiert,wie dies in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wurde. Dieser Oxydationsprozeß treibt den Bor-Dotierungsstoff in die Basiszone 26und die B⁺F₂-IOnCn weiter in den Halbleiterkörper 10 bis zu den gewünschten Tiefen und bildet gleichzeitig eine neue Siliziumdioxydschicht. Diese neue Siliziumdioxydschicht wird in Zusammenhang mit der Ausbildung der Basis-, Emitter- und Kollektorzonen und anschließenden Metallisierung verwendet, wie dies in Verbindung mit Fig. 5 und 6 beschrieben wurde.

Bei einer zweiten alternativen Ausführungsform der Erfindung wird nach der Bildung der epitaktischen Schicht 18 eine ver-

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gleichsweise dünne Siliziumdioxydschicht 80* von im vorliegenden Fall 500 Ä Dicke auf der epitaktischen Schicht 18 ausgebildet, wie dies in Fig. 9 dargestellt ist. Eine Schicht aus Siliziumnitrid 82' wird auf der Siliziumdioxydschicht 80' gebildet, wie dies anhand von Fig. 7 erläutert wurde. In den Schichten 80' und 82' werden Fenster 30" ausgebildet. In der epitaktischen Schicht 18 werden Isolationswannen 32" ausgebildet, in dem der anhand von Fig. 7 und 8 beschriebene anisotropische-isotropische Ätzprozeß angewendet wird. Ionen, die im vorliegenden Fall p-Leitfähigkeit besitzen, werden in den Halbleiterkörper 10 in der Nachbarschaft der Bodenflächen 36" implantiert, wobei der in Verbindung mit Fig. 7 und 8 beschriebene selbstausrichtende Prozeß Anwendung findet. Der Halbleiterkörper 10 wird in eine,oxydierende Atmosphäre eingebracht. Die aus Silizium bestehenden Seitenwände 34" und Bodenflächen 36" der V/annen 32" oxydieren in dieser Atmosphäre und bilden eine Schicht 90 aus Siliziumdioxyd auf den Seitenwänden 34" und den Bodenflächen 36". Die Siliziumnitridschicht 82· wird hingegen nicht oxydiert, und daher werden die V/annen 32' in der in Fig. 9 dargestellten Weise mit dem Siliziumdioxyd der Schicht 90 um 0,8 bis 1,2 um wieder aufgefüllt. Während dieses Erhitzungsprozesses werden gleichzeitig der Bor-Dotierungsstoff in der Basiszone 26 und die in die Dotierungszonen 38· implantierten Ionen in den Halbleiterkörper 10 hineingetrieben, wie dies anhand von Fig. 4 beschrieben wurde.

Nachdem Wieder auf füll en der V/annen 32' durch die Bildung einer Siliziumdioxydschicht 19 wird heiße Phosphorsäure angewendet, um die Siliziumnitridschicht 82· zu entfernen. Anschließend wird eine Lösung aus Flußsäure (HF) mit dem Halbleiterkörper 10 in Verbindung gebracht um 250 Ä von Schicht 80' abzutragen. Da die hervorstehenden Kanten 95 dieser Schicht 80· durch die Säure von oben und von unten angegriffen werden, werden von diesen vorstehenden Kanten 95 500Ä abgetragen, wenn von der Schicht 80* im übrigen 250 Ä abgetragen werden. Die nach oben weisende Oberfläche des HaIb-

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leiterkörpers 10 wird anschließend nach irgendeinem üblichen Verfahren, im vorliegenden Fall durch chemische Dampfabscheidung mit einer Siliziumdioxydschicht 92 von im vorliegenden Fall 0,3 bis 1,0 um Dicke überzogen. Die Siliziumdioxydschicht 92 dient als Maske zur Bildung der Basis-, Emitter- und Kollektorkontaktzonen 56, 52 bzw. 54. Metallische Leiterbahnen 58b, 58e bzw. 58c werden nach der anhand von Fig. 6 beschriebenen Weise ausgebildet. Da die Schicht 92 selektiv in den Wannen 32' ausgebildet wird, ist die Oberfläche, auf der die über die Wannen verlaufenden Leiterbahnen ausgebildet werden, glatter als die in Fig. 6 dargestellte Oberfläche.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, der Erfindungsgedanke kann vielmehr auch auf andere Art und Weise realisiert werden. So können beispielsweise die Seitenwände der Wannen und die Oberfläche des Halbleiterkörpers unter anderen spitzen Winkeln schneiden, in/dem sie durch eine geeignete Orientierung der bei dem Ätzprozeß verwendeten Ätzmaske parallel zu der 331-Kristallgitter-Ebene oder der 11 Kristallgitter-Ebene ausgebildet werden.

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Le e rs e

Claims

Patentanspruch

/ 1 .^Verfahren zur Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen, bei dem auf einer Oberfläche eines Körpers aus Halbleitermaterial eine ätzmittelbeständige Maske mit Fenstern angebracht wird und durch diese Fenster Isolierwannen in den Halbleiterkörper eingeätzt werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Zunächst wird ein anisotropes Ätzmittel mit den durch die Fenster exponierten Bereichen des Halbleiterkörpers in Berührung gebracht, wodurch Wannen gebildet werden, deren Seitenwände die Oberfläche des Körpers unter einem spitzen Winkel schneiden,

sodann wird ein isotropes Ätzmittel mit den Begrenzungsflächen der durch die Fenster exponierten Wannen in Berührung gebracht, durch welches unterhalb der ätzmittelbeständigen Maske liegende Teile des Körpers aus Halbleitermaterial weggeätzt werden, derart daß die Maske sich über die Seitenwände der resultierenden Isolierwannen erstrecken, die Bodenflächen der Isolierwannen unterhalb der Fenster liegen und ihre Seitenwände die Oberfläche des Halbleiterkörpers unter einem spitzen Winkel schneiden.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Verfahrensschritt: Im Nachbarbereich der Bodenflächen (36, 36', 36") der Isolierwannen (32, 32', 32") werden Isolierzonen (36, 36', 36") ausgebildet, indem die Oberfläche des Halbleiterkörpers (10) einer Ionen-Teilchenstrahlung ausgesetzt wird, wobei die ätzmittelbeständige Maske (28; 80, 82; 80', 82') einen Teil dieser Teilchen absorbiert und andere Teilchen in die Bodenflächen (36, 36·, 36") der Isolierwannen (32, 32', 32") implantiert werden.

3· Verfahren nach Anspruch 2, ge kennzeichnet durch die folgenden weiteren Verfahrensschritte: In den Halbleiterkörper (10) wird mittels eines Dotierungsstoffes eine Basiszone (26) gebildet, der Halbleiterkörper (10) wird erhitzt, wodurch gleichzeitig seine Oberfläche oxydiert wird und der Dotierungsstoff der Basiszone (26) und die ionenimplantierten Teilchen in der Isolationszone (38, 38', 38") weiter in den Halbleiterkörper (10) hineingetrieben werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ätzmittelbeständige Maske eine Schicht aus nichtoxidierbarem Material beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Halbleiterkörpers (10) und die ätzmittelbeständige Maske (80, 82; 80', 82^f) erhitzt werden, wobei lediglich die Seitenwände (34¹, 34") und die Bodenflächen (36^r, 36") der Isolierwannen (32·, 32") oxydiert werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (34, 34·, 34") der Isolierwannen (32, 32¹, 32") parallel zu einer Kristallgitter-Ebene des Halbleiterkörpers ausgebildet werden, wobei diese Kristallgitter-Ebene wahlweise die 111-, die 331- oder die 113-Kristallgitter-Ebene ist.

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Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einem Halbleitersubstrat (12) eine epitaktische Schicht (18) mit ebener Oberfläche gebildet wird, auf dieser Oberfläche eine ätzmittelbeständige Maske (28; 80, 82; 80», 82·) aufgebracht wird, in welcher Fenster (30, 30', 30") eingebracht werden, und Isolierwannen in die epitaktische Schicht (18) eingeätzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein anisotropes Ätzmittel mit den durch die Fenster (30, 30', 30") exponierten Bereichen der epitaktischen Schicht (18) in Verbindung gebracht wird, wodurch Wannen gebildet werden, deren Seitenwände die Ebene der Oberfläche der epitaktischen Schicht (18) unter einem spitzen Winkel schneiden, und

anschließend ein isotropes Ätzmittel mit den Wandungen der vorgeätzten Isolierwannen in Verbindung gebracht wird, welches unterhalb der ätzmittelbständigen Maske liegende Bereiche der epitaktischen Schicht wegätzt, derart, daß sich die Maske anschließend über die Seitenwände der resultierenden Isolierwannen erstreckt, die Bodenflächen der resultierenden Isolierwannen unterhalb der Fenster in der epitaktischen Schicht angeordnet sind und die Seitenwände der resultierenden Isolierwannen die Ebene der Oberflächen der epitaktischen Schicht unter einem spitzen Winkel schneiden.

Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Verfahrensschritt: In der epitaktischen Schicht (18) werden in der Nachbarschaft der Bodenflächen (36, 36', 36") Isolierzonen (38, 38', 38") ausgebildet, indem die Oberfläche des Halbleiterkörpers (10) einer Ionen-Teilchenbestrahlung ausgesetzt wird, wobei die ätzmittelbständige Maske die auf sie auftreffenden Teilchen absorbiert und die übrigen Teilchen in die Bodenflächen der in der epitaktischen Schicht gebildeten Isolierwannen implantiert werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

In der epitaktischen Schicht wird durch Dotierung eine Basiszone geschaffen,

die epitaktische Schicht (18) und das Halbleitersubstrat (12) werden erhitzt, wodurch gleichzeitig die Oberfläche der epitaktischen Schicht oxydiert wird und die in der Basiszone (26) befindlichen Dotierungsstoffe weiter in die epitaktische Schicht (18) und die ionenimplantierten Teilchen in das Halbleitersubstrat (12) hineingetrieben werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der epitaktischen Schicht (18) aufgebrachte ätzmittelbständige Maske eine Schicht aus nichtoxydierbarem Material umfaßt und daß die Oberfläche der epitaktischen Schicht und die ätzmittelbständige Maske erhitzt werden, wobei ausschließlich die Seitenwände und die Bodenflächen der Isolierwannen oxydieren.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einätzen der Isolierwannen in die epitaktische Schicht (18) Seitenwände gebildet werden, die parallel zu einer Kristallgitter-Ebene des Substrates (12) verlaufen, wobei diese Ebene wahlweise die 111-, die 331- oder die 113-Kristallgitter-Ebene des Substrates (12) ist.

11. Nach einem der in den vorangehenden Ansprüchen beschriebenen Verfahren hergestellte Halbleiterschaltung mit einem Halbleitersubstrat und einer auf diesem Halbleitersubstrat aufgebrachten epitaktischen Schicht mit ebener Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die epitaktische Schicht (18) Isolationswannen (32, 32·, 32") besitzt, deren Seitenwände einen spitzen Winkel mit der Ebene der Oberfläche der epitaktischen Schicht bilden und deren Bodenflächen sich innerhalb der epitaktischen Schicht befinden.

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12. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oxydschicht (90) vorgesehen ist, die sich ausschließlich über die Seitenwände und die Bodenflächen der Isolierwannen erstrecken und die Isolierwannen zumindest teilweise ausfüllen.

13. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierzonen (38, 38'f 38") vorgesehen sind, deren Leitfähigkeitstyp dem Leitfähigkeitstyp der epitaktischen Schicht entgegengesetzt ist und daß diese Isolierzonen sich von den Bodenflächen der Isolierwannen bis in das Halbleitersubstrat erstrecken.

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