DE2900747A1 - Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer halbleiteranordnungInfo
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Description
2300747
HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesondere auf ein
Verfahren zur selektiven Bildung aluminiumdiffundierter Schichten innerhalb eines Halbleitersubstrats.
Aluminium ist ein P-Dotierelement mit einer hohen Diffusionsgeschwindigkeit in Silizium und daher hoch wirksam
zur Bildung einer tiefdiffundierten Schicht, wie z. B.
einer durchdiffundierten Schicht für Isolationszwecke. Es ist bereits ein Verfahren bekannt, gemäß dem Aluminiumdiffusionsquellenschichten
in der Form eines vorbestimmten Musters auf der Hauptoberfläche eines Siliziumhalbleitersubstrats
mittels Abscheidung od. dgl. gebildet werden und man das Silxziumhalbleitersubstrat dann in einer gasförmigen
Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre zur Bildung von Silizium-Aluminium-Legierungsschichten erhitzt, woraus
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Alum ηiumdiffusionen in das Siliziumhalbleitersubstrat
fortschreiten, um auf diese Weise tief und selektiv diffundierte Aluinirri umschichten zu bilden.
Das vorstehend beschriebene bekannte Verfahren stößt jedoch auf das Problem, daß das Muster der gebildeten
diffundierten Schichten in Abhängigkeit von den Bedingungen
der anfänglichen Phase der zur Legierung von Silizium und Aluminium und der Aluminiumdiffusion erforderlichen
Wärmebehandlung unregelmäßig wird. Insbesondere werden in Abhängigkeit von solchen Bedingungen, wie Unterschieden
der durch die während des Diffusionsprozesses gebildeter. Legierung belegten Fläche und des Benetzungszustandes
und -grades der getropften Kante der AIuminiumdiffusionsquellenschicht,
die Tiefe und die Konzentration der Diffusion und die Genauigkeit des Musters unregelmäßig, und ihre Reproduzierbarkeit verringert sich.
Weiter werden auf der Hauptoberfläche des Siliziumhalbleitersubstrats,
das dem Diffusionsprozeß unterworfen wurde, Oxidsehichten der Silizium-Aluminium-Legierung
gebildet, die eine hohe Beständigkeit gegen eine Beseitigung durch chemische Auflösung aufweisen. Im nachfolgenden Verfahrensabschnitt
verursachen diese Rückstände einen Schaden einer Fotomaske und eine Beeinträchtigung der
Montage des Halbleiterbauelements auf dem zugehörigen Sockel und verschlechtern daher die Genauigkeit der Lageeinstellung
der Fotomaske.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
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BAD ORIG/NAL
auf Basis selektiver Aluniiniumdiffusion zu entwickeln,
das regelmäßige Muster der Diffusionsschichtermöglicht und
die Bildung von für die Verwendung von Fotomasken schädlichem Silizium-Aluminium-Legierungsoxid sowie eine fehlerhafte
Montage der Halbleiteranordnung bzw. eines Halbleiterbauelements auf einem Sockel verhindert.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung,
bei dem Aluminium selektiv in ein Siliziumhalbleitersubstrat eindiffundiert wird, mit dem Kennzeichen,
daß man
a) selektiv Vertiefungen in wenigstens einer Hauptoberfläche des Siliziumhalbleitersubstrats ausbildet,
b) Aluminium in den Vertiefungen abscheidet und
c) das Aluminium selektiv in das Siliziumhalbleitersubstrat eindiffundiert, indem man es einer Wärmebehandlung
unterwirft.
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung gibt also ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung der .Art an,bei der Aluminiumschichten
selektiv auf der Hauptoberfläche eines Siliziumhalbleitersubstrats abgeschieden werden und danach
Aluminium selektiv in das Siliziumhalbleitersubstrat mittels einer Wärmebehandlung in einer gasförmigen Sauerstoff
enthaltenen Atmosphäre diffundiert wird, bei welchem
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— O —
selektiv Vertiefungen in wenigstens einer Hauptoberfläche des Siliziumhalb Leitersubstrats gebildet werden, man
Aluminium in den Vertiefungen abscheidet und dann das Siliziumhalbleitersubstrat einer Wärmebehandlung unterwirft,
um das Aluminium selektiv in das Siliziumhalbleitersubstrat einzudiffundieren. Oxidschichten der auf der
Hauptoberfläche des der Aluminiumdiffusion unterworfenen Halbleitersubstrats gebildeten Silizium-Aluminium-Legierunp·
verursachen daher keinen Schaden einer Fotomaske, und gleichzeitig läßt sich die Genauigkeit der Lageeinstellung
der Fotomaske verbessern. Fehler bei der Montage eines so hergestellten Halbleiterbauelements auf einem Sockel lassen
sich ebenfalls verhindern.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin
zeigen:
Fig. la bis If Längsschnittansichten eines Halbleitersubstrats
zur Veranschaulichung der einzelnen Schritte des i Herstellungsverfahrenst gemäß:'der
Erfindung; und
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Tiefe und der maximalen Diffusionskonzentration
der Aluminiumdiffusion von der Dicke der abgeschiedenen
Aluminiumschicht.
Die Erfindung soll nun im einzelnen anhand eines Beispiels einer Isolationsdiffusion erläutert werden, wie sie zur
Herstellung eines Planarthyristors benötigt wird.
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290074?
In Pig. la ist ein Siliziumhalbleitersubstrat 1 gezeigt.
Das Siliziumhalbleitersubstrat 1 ist durch ein Schwebezonenverfahren hergestellt, wobei seine Oberflächen auf Spiegelgüte
poliert sind, und hat einen N-Leitfähigkeitstyp, einen Widerstandswert von 90 bis 120-''L. cm, einen
von Versetzungen freien Zustand, eine Kristallachse von
< 111> , einen Durchmesser von 50 cm und eine Dicke
von 450 ,um.
Wie in Fig.Ib gezeigt ist, werden auf den gegenüberliegenden
Hauptoberflächen des Siliziumhalbleitersubstrats 1 Fotoresistschichten 2 in der Form eines bestimmten Musters
mit dem Zweck gebildet, Vertiefungen 3 in den gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Siliziumhalbleitersubstrats 1
zu lassen. Die Fotoresistschicht 2 hat eine Dicke von 3 /Um,
und eine Mischlösung aus Flußssäure, Salpetersäure und Essigsäure wird zum Ausätzen der Vertiefungen 3 bis zu
einer Tiefe von 6 _+ 1 ,um verwendet. Die Vertiefungen 3
sind angeordnet, um ein Muster eines rechtwinkligen Gitters zu ergeben, und haben jeweils eine Breite von 116 ,um
und einen gegenseitigen Abstand von 1,76 mm.
Das Siliziumhalbleitersubstrat wird dann mit Aluminiumabscheideschichten
4 überzogen, wie Fig. Ic zeigt. Aluminium wird im Vakuumvon einer Diffusionsquelle aus einem
Aluminiumdraht einer Reinheit von 99,9995 % auf dem bei einer Temperatur von 120 bis l40 0C und einem Druck von
4 . lOfmbar durch Elektronenstrahlerhitzung zur Bildung der
abgeschiedenen Aluminiumschicht mit einer Dicke von 5 /um
abgeschieden.
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Die auf den Fotoresistschichten 2 geb_ildeten Aluminiumabscheideschichten
^ werden vom Siliziumhalbleitersubstrat durch Auflösen der Potoresistschichten 2 mit einer Abblätterungsflüssigkeit
entfernt, wie Pip;, ld andeutet. Danach bilden die abgeschiedenen Aluminiumschichten *J ein Muster, gemäß
dem sie nur noch in den Vertiefungen 3 verbleiben, die
in den Hauptoberflächen des ;-Π iziumhalbleitersubstrats 1
gebildet sind.
Danach wird das Siliziumhalbleitersubstrat 1 erhitzt, um eine selektive Eindiffusion des Aluminiums in das
Substrat zu bewirken, wie Fig. Ie zeigt. Beim Diffusionsprozeß spielen sowohl die anfängliche Wärmebehandlung zum
Legieren als auch die Diffusionsatmosphäre wesentliche Rollen. Und zwar wird das Silxziumhalbleitersubstrat I allmählich
mit einer Temperaturanstiegsrate von nicht mehr als 10 °C/min erhitzt, nachdem seine Temperatur eine Temperatur etwas
unter dem eutektischen Punkt (577 °C) der Aluminium-Silizium-Legierung erreicht hat, wodurch eine gute Benetzung der
Vertiefungen des Sxliziumhalbleitersubstrats I durch das Aluminium gesichert wird, so daß sich gleichmäßige
Aluminium-Silizium-Legierungsschichten bilden können, wodurch die Reproduzierbarkeit und die Genauigkeit des diffundierten
Musters und Profils verbessert werden können. Es ist ebenfalls vorteilhaft, das Substrat in einer Diffusionsatmosphäre aus einem Mischgasstrom anzuordnen, der 0,05 bis
10 Vol. % Sauerstoff und nicht weniger als 9 0 Vol. % Stickstoff enthält. P-durchdiffundierte Schichten (diffundierte
Isolationsschichten) 5 werden durch Diffusion bei 1250 0C
während 72 h gebildet.
Gleichzeitig mit der Bildung der!Diffusionsschichten
entstehen Oxilschihten der Aluminium-Silizium-Legierung als
i»*ifi'5*"ti"ä'-i.* Άνίϋ
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DIffusionsquellerirückstände 6 auf den Teilen drv Oberflächen
der seleKt i ven AJ undniumd if fusionssehichten S. Die Oxidschicht
wird durch R.".r:i,genbeug'.ing Mis ein Stoff ermittelt, der
hauptsächlich cC·-Aluminiumoxid (Al0O7) enthält, das
sehr hart und chemisch schwierig aufzulösen ist.
Im Fall, wo Aluminium auf der Hauptoberfläche d-s
herkömmlichen Siliziumhalbleitersubstrats abgeschieden und darin eindiffundiert wird,werden die Diffusionsquel'enrückstände
zu an der Hauptoberfläche des Siliziuirhalbleitersubstrat.s
vorliegenden unregelmäßigen Vorsprünpren,
und bei den nachfolgenden Verfahrensschritten neigen dies«
Vorspränge dazu, die Fotomaske zu schädigen und eine
fehlerhafte Montage und Verbindung des Halblpiterbauelemerits
mit dem zugehörigen Soc-knl ::u verursachen.
Krfi.ririun.p;sp;eniäft sirui, da Aluminium von dor in der
in ier Hauptoberfläche der. Siliziuir.halbleitersuhsnrats rebildeten
Vertiefung, aufprenommonen Diffusionsquelle selektiv
diffundiert wirrt, die Diffusionsquel1enrückstände innerhalb
der Vertiefung: begrenzt, ohne Vorspränge zu bilden, ■ die
bis über die Haupioberflache des SiIiziumhalhleitersubstrats
reichen wurden, wodurch die herkömmlichen Nachteile beseitigt
sind.
Das diffundierte Muster (die Breite der diffundierten
Schicht in der Substratoberfläche) läßt sich mit einer Genauigkeit von innerhalb _+ 2 % ausbilden, was eine
Verbesserung gegenüber einer Genauigkeit von +_ 7 % nach dem herkömmlichen Verfahren darstellt.
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BAD 0RjG|NAL
290074?
Außerdem sinkt die abgeschiedene Aluminiumschicht 1J
nach dem bekannten Verfahren bei einer Dicke von nehr als
ab 3 /um an ihrer Kante im Lauf der Diffusion, und das
diffundierte Muster deformiert sich. Daher ist es erforderlich, die Dicke der abgeschiedenen Aluminiumschicht
aus praktischen Gründen auf etwa 1 ,um zu beschränken.
Gemäß dem Herstellungsverfahren nach der Erfindung wird
die abgeschiedene Aluminiumschicht in die in der Siliziumhalbleitersubstratoberfläche
gebildete Vertiefung 3 gefüllt und verläuftidaher nicht, so daß sich leicht eine tiefdiffundierte
Schicht mit hoher Konzentration erzeugen läßt.
Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit der Tiefe und der maximalen Diffusionskonzentration der Aluminiumdiffusion
von der Dicke der abgeschiedenen Aluminiumschicht. Die in der Figur angedeuteten Werte beziehen sich besonders
auf eine Diffusion von 96 h bei 1250 0C, zeigen jedoch
die allgemeine Tendenz, daß sich eine hochkonzentrierte, tiefdiffundierte Schicht mit einer dicken abgeschiedenen
Aluminiumschicht leicht erhalten läßt. Die zur Bildung
mit
einer diffundierten Schicht/einer gewünschten Tiefe erforderliche
Zeit läßt sich im Vergleich mit dem bekannten Verfahren um 20 bis 30 % senken.
Fig. If zeigt im Schnitt einen Planarthyristor, der
durch ein Verfahren hergestellt wird, gemäß dem Dotiermittel des P-Typs und des N-Typs zunächst in das Siliziumhalbleitersubstrat
1, wie es in Fig. Ie gezeigt ist, unter
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- Ii -
Anwendung der üblichen Halhleiteranordnunrs-Herstellungstechnik
zur Bildung von P-N-Übergängen J^ bis J, diffundiert
werden; anschließend werden Anoden-, Steuer- und Kathodenelektroden 7, 8 und 9 gebildet, und schließlich wird das
Substrat einer Aufteilung im mittleren Teil der diffundierten Isolationsschicht 5 unterworfen, um separate Plättchen
zu erhalten. Finzelne Plättchen werden auf einem Sockel montiert und mit Anschlüssen versehen. Die erhaltene
Einheit wird in Isolierharz eingebettet, um einen Planarthyristor fertigzustellen.-
Während beim vorstehenden Ausführungsbeispiel das Abhebeverfahren unter Verwendung von Fotoresist zur
Bildung der abgeschiedenen Aluminiumschicht in der Form des bestimmten Musters angevendet wurde, läßt sich das Muster
der abgeschiedenen Aluminiumschicht auch durch Fotoätzen herstellen. Anstelle der Diffusionsquelle aus der abgeschiedenen
Aluminiumschicht läßt sich auch eine Diffusionsquelle aus einer Aluminium-Silizium-Legierung verwenden.
Wie vorstehend beschrieben, sichert die Erfindung, das Aluminium schnell mit hoher Konzentration und mit hoher
Genauigkeit selektiv diffundiert wird, und ist daher vorteilhaft für industrielle Anwendungen. Die Erfindung wurde
anhand des Ausführungsbeispiels in Anwendung auf die Isolationsdiffusion beschrieben, ist jedoch offenbar auch zur
Bildung anderer Arten der diffundierten Schicht anwendbar.
909829/073Ö
BAD ORIGINAL
Claims (7)
- Ansprüchej Verfahren zur Herstellung!; einer Halbleiteranordnung, bei dem Aluminium selektiv in ein Siliziumhalbleitersubstrat eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mana) selektiv Vertiefungen (3) in wenigstens einer Hauptoberfläche des Silizxumhalbleitersubstrats (1) ausbildet,b) Aluminium (4) in den Vertiefungen (3) abscheidet undc) das Aluminium selektiv in das Siliziumhalbleitersubstrat(D eindiffundiert, indem man es einer Wärmebehandlung unterwirft.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Abscheidung des Aluminiums (4) in den Vertiefungen (3) die Aufbringung eines Fotoresists (2) auf Teile der Hauptoberfläche außerhalb der Vertiefungen (3), die Abscheidung des Aluminiums (4) auf der Gesamtfläche der Hauptoberfläche und die Beseitigung des auf den Teilen außerhalb der Vertiefungen (3) abgeschiedenen Aluminiums zusammen mit dem Fotoresist (2) durch die Abhebemethode umfaßt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Abscheidung des Aluminiums (4) in den Vertiefungen (3) die Abscheidung des Aluminiums auf der8l-(A 3514-O3)-TFS09829/0730gesamten Fläche der Hauptoberfläche, die Aufbringung eines Fotoresists (2) nur auf dem abgeschiedenen Aluminium innerhalb der Vertiefungen (3) und die Entfernung des auf den Teilen der Hauptoberfläche außerhalb der Vertiefungen (3) abgeschiedenen Aluminiums umfaßt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß man die selektive Aluminiumdiffusion in einer Mischgasatmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff durchführt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischgas 0,05 bis 10 Vol. % Sauerstoff enthält.
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die selektive Aluminiumdiffusion zur Bildung von Isolationsbereichen (5) anpaßt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Isolationsbereiche (5) in Form eines Gitters auf der Haupfeoberflache bildet, ein einzelnes Halbleiterbauelement in jedem von den Isolationsbereichen (5) umgebenen Teil bildet, zu den einzelnen Teilen gehörige Halbleiterbauelemente zur Trennung in separate unterteilt und danach das einzelne Halbleiterbauelement auf einem Sockel montiert und in Isolierharz einbettet.909829/0730
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