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HALBLEITERVORRICHTUNG
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UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung,
insbesondere mit einer Isolier- bzw. Trennanordnung für in einer integrierten Halbleiterschaltung
vorgesehene Schaltkreiselemente. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung einer solchen Trennanordnung.
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Für die Herstellung von Isolier- bzw. Trennanordnungen der genannten
Art sind selektive Oxidationsverfahren unter Verwendung einer Siliziumnitridschicht
als Maske für die selektive Oxidation bekannt. Wenn beispielsweise bei integrierten
Bipolarschaltkreisen eine dicke Trennoxidschicht ausgebildet werden soll, wird das
sog. Aussparung-Oxidverfahren angewandt, bei dem durch Atzen Trennbereiche oder
-zonen hergestellt und sodann zur Verkürzung der Oxidationszeit die freigelegten
Siliziumoberflächen oxidiert werden.
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Dieses Verfahren ist aber mit dem Nachteil behaftet, daß die entstehende
Fläche nicht eben ist und konvexe, buckelförmige Bereiche aufweist, während dabei
die Oxidation in Querrichtung so schnell fortschreitet, daß sich die Breite jeder
Trennzone über eine Größe hinaus erweitert, die durch die der angewandten Photolithographietechnik
eigene
Grenze bestimmt wird, Dieses Verfahren ist weiterhin deshalb
nachteilig, weil die resultierenden Eigenschaften durch Diffusion von Verunreinigungen
bzw. Fremdatomen, mit denen z.B. eine erdfreie Kollektorzone dotiert worden ist,
in den auf dieser Zone befindlichen Halbleiterbereich aufgrund der bei erhöhter
Temperatur und über einen längeren Zeitraum zur Bildung einer dickeren Oxidschicht
vorgenommenen Oxidation beeinträchtigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist somit die Schaffung einer Halbleitervorrichtung
mit verbesserter Isolier- bzw.
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Trennanordnung, die bei niedriger Temperatur in kurzer Zeit mit ebener
und kleiner Oberfläche ohne Umverteilung der Diffusion und ohne eingeführte Kristallfehler
ausgebildet werden kann.
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Die Erfindung bezweckt zudem die Schaffung eines verbesserten Verfahrens
zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung der vorstehend angegebenen Art.
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Diese Aufgabe wird bei einer derartigen Halbleitervorrichtung gelöst
durch ein Halbleitersubstrat, durch einen auf diesem angeordneten Halbleiterbereich
mit zwei Schaltkreise bzw. Schaltkreiselemente bildenden Zonenbereichen, die durch
eine sich durch den Halbleiterbereich bis zum Halbleitersubstrat erstreckende Trennrille
voneinander getrennt bzw. gegeneinander isoliert sind, und durch eine in der Trennrille
durch Ablagerung einer Siliziumnitridschicht in ihr ausgebildete Isolier-bzw. Trennzone.
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Vorzugsweise kann die Trennrille eine auf ihrer Innenfläche vorgesehene
Oxidschicht und in ihre Sohle eingeführte Kanalunterbrechungsfremdatome aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleitervorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Halbleiterbereich auf einem Halbleitersubstrat
vorgesehen wird, daß sodann eine sich in einem vorbestimmten Muster oder Schema
durch den Halbleiterbereich hindurch bis zum Halbleitersubstrat erstreckende Trennrille
ausgebildet und dadurch der Halbleiterbereich in zwei Zonenbereiche zur Bildung
von Schaltkreiselementen unterteilt wird, und daß durch Ablagerung einer Siliziumnitridschicht
in der Trennrille eine Isolier- oder Trennzone in der Trennrille geformt wird.
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Vorzugsweise kann dabei eine Siliziumdioxidschicht in einem vorbestimmten
Muster auf dem Halbleiterbereich angeordnet werden. Die Trennrille wird dann unter
Verwendung der Siliziumdioxidschicht als Maske nach einem Ionenätzverfahren hergestellt.
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Bevorzugt kann die Siliziumnitridschicht in der Trennrille durch chemische
Unterdruck-Aufdampfung abgelagert werden.
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Im folgenden ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, in
deren Figuren gleiche Teile mit jeweils denselben Bezugsziffern bezeichnet sind,
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 bis 5 in vergrößertem Maßstab gehaltene Teillängsschnittansichten
eines Halbleitersubstrats zur Veranschaulichung der Fertigungsschritte bei einem
Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung zur Ausbildung einer Isolier-
bzw. Trennanordnung.
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Mit dem Ziel, die MA~nc,el des Stands der Technik auszuschalten, bezweckt
die Erfindung die Ausbildung einer
Isolier- bzw. Trennzone in einer
Trennrille für in bzw.
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auf einem Halbleitersubstrat angeordnete Schaltkreiselemente durch
Ablagerung einer Siliziumnitridschicht (Si3N4) in der Trennrille.
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Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung
anhand der Fig. 1 bis 5 in Anwendung auf eine integrierte Bipolarschaltung beschrieben.
Die in Fig. 1gezeigte Vorrichtung umfaßt ein p-Typ-Halbleitersubstrat 10 aus Silizium,
eine auf der einen Fläche, nämlich der Oberseite des Halbleitersubstrats 10 gemäß
Fig. 1 angeordnete erdfreie n -Typ-Kollektorzone 12, eine auf letzterer gezüchtete
n -Typ-Epitaxieschicht 14 und eine Siliziumdioxid-bzw. SiO2-Schicht 16, die in einem
vorbestimmten Muster oder Schema auf der Epitaxieschicht 14 angeordnet ist, die
mit der Zone 12 einen Halbleiterbereich 18 bildet.
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Die erdfreie n+-Kollektorzone 12 kann in der Weise geformt werden,
daß entweder Arsen (As) in hoher Fremdatomkonzentration in die obere Hauptfläche
des Substrats 10 eindiffundiert wird oder Arsen ionen in hoher Fremdatomkonzentration
in diese Hauptfläche implantiert werden. Die Epitaxischicht 14 besitzt normalerweise
einen spezifischen Widerstand von 1 Ohm/cm und eine Dicke von 2#m; in einem späteren
Verfahrensschritt wird in ihr eine Kollektorzone mit einem Schichtwiderstand von
10 - 20 Ohm/cm ausgebildet.
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Zunächst wird auf der Gesamtoberfläche der Epitaxieschicht 14 nach
einem chemischen Aufdampf- oder einem thermischen Oxidationsverfahren die Siliziumdioxidschicht
16 mit einer Dicke von etwa 4000 A ausgebildet. Sodann wird nach an sich bekannten
Photolithographie- und Ätzverfahren in der Siliziumdioxidschicht 16 in einem vorbestimmten
Muster oder Schema ein Fenster ausgebildet, in welchem eine Trennzone im Halbleiterbereich
18 geformt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt das Fenster vorzugsweise
eine Breite von2 Wm.
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Wenn die Siliziumdioxidschicht 16 auf der Epitaxieschicht 14 nach
einem thermischen Oxidationsverfahren geformt wird, kann ihre Oberfläche teilweise
erhaben sein, weil das in der erdfreien Kollektorzone 12 enthaltene n -Fremdatom,
d.h. Arsen (As) bei der dargestellten Ausführungsform, weiter in die auf der Kollektorzone
12 befindliche Epitaxieschicht 14 eindiffundiert. Zur Verhinderung einer solchen
Flächenerhöhung erfolgt die thermische Oxidation vorzugsweise bei niedriger Temperatur.
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Anschließend wird unter Verwendung der Siliziumdioxidschicht 16 als
Ätzmaske die Anordnung gemäß Fig. 1 in einer Atmosphäre aus gasförmigem Kohlenstofftetrafluorid
bei einem Druck von etwa 50 mTorr durch reaktive Ionenätzung oder Ionenätzung mit
Argon selektiv geätzt, so daß gemäß Fig. 2 eine Trennrille 20 gebildet wird, die
sich durch den Halbleiterbereich 18 hindurch bis zum Halbleitersubstrat 10 erstreckt.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Trennrille 20 eine Tiefe von
etwa 2,5 ßm.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn Silizium nach einem der
genannten Verfahren weggeätzt wird, die entstehende Öffnung eine größere lotrechte
Tiefe und praktisch parallel zueinander liegende, gegenüberstehende Seitenflächen
bzw. Flanken erhält.
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Hierauf werden unter erneuter Anwendung des genannten thermischen
Oxidationsverfahrens gemäß Fig. 3 eine dünne Siliziumdioxidschicht 22 auf der Gesamtinnenfläche
der Trennrille 20 sowie eine Siliziumdioxidschicht auf der Siliziumdioxidschicht
16 ausgebildet. Diese Siliziumdioxidschicht ist dabei in die Schicht 16 einbezogen
und ebenfalls mit 16 bezeichnet.
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Sodann werden nach einem Ionenimplantations- bzw.
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-spickverfahren Borionen (B) in den auf der Sohle der Trennrille 20
befindlichen Teil der Siliziumdioxidschicht 22 als Kanalunterbrechungsverunreinigung
für eine in einem späteren Verfahrensschritt auszubildende Isolier- bzw. Trennzone
implantiert.
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Daraufhin wird durch chemisches Unterdruck-Aufdampfen in einer Atmosphäre
eines Gasgemisches aus Dichlorsilan, Silan, H2Si, Ammoniak (NH3) und Stickstoff
(N2) bei einer Temperatur von 7500 C und unter einem Druck von 0,5 Torr eine Siliziumnitrid-
bzw. Si3N4-Schicht 24 in die mit der dünnen Siliziumdioxidschicht 22 bedeckte Trennrille
20 eingeführt und in ihr abgelagert, bis sich die Siliziumnitridschicht 24 in einer
Dicke von etwa 1,2 Fm auch auf der Siliziumdioxidschicht 16 befindet.
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Das auf diese Weise hergestellte Gebilde ist in Fig. 4 dargestellt.
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Da die so abgelagerte Siliziumnitridschicht 24 von der Oberflächenreaktion
herrührt, wird sie sehr zuverlässig auf der die Trennrille 20 bedeckenden Siliziumdioxidschicht
22 abgelagert. Die Oberfläche der eingelassenen Siliziumnitridschicht 24 ist daher
im wesentlich flach bzw. eben.
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Zu Vergleichszwecken wurde versuchsweise die Ablagerung der Siliziumnitridschicht
nach dem normalen chemischen Aufdampfverfahren durchgeführt. Die dabei erhaltene
Oberfläche der Siliziumnitridschicht ist jedoch nicht so flach bzw. eben wie die
Oberfläche der nach dem chemischen Unterdruck-Aufdampf#erfahren ausgebildeten Schicht.
Es wird angenommen,
daß dieser Umstand zu den unterschiedlichen
Mechanismen der Schichtbildung bei diesen beiden Verfahren beitragt.
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Nachdem die Siliziumnitridschicht 24 auf der Siliziumdioxidschicht
16 mit einer größeren als der für die vollständige Füllung der Trennrille 20 erforderlichen
Dicke ausgebildet worden ist (vergleiche Fig. 4), wird sie durch Plasmaätzung oder
Ätzung mit heißer Phosphorsäure weggeätzt, bis die Siliziumdioxidschicht 16 freiliegt.
Auf diese Weise werden zwei Zonenbereiche 28 und 30 zur Bildung von Schaltkreiselementen
im Halbleiterbereich durch eine aus der Siliziumnitridschicht 24 gebildete Isolier-
bzw. Trennzone 32,deren Oberfläche bündig mit den beiden Zonenbereichen 28 und 30
abschließt, voneinander getrennt.
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Ersichtlicherweise entsprechen die Schaltkreiselemente bildenden,
durch die Trennzone voneinander getrennten Zonenbereiche bezüglich ihrer Querschnittsform
den Zonenbereichen , die durch eine nach üblichen Verfahren zur Herstellung von
integrierten Bipolarschaltungen ausgebildete Trennoxidschicht voneinander getrennt
bzw. gegeneinander isoliert sind. Die Anordnung nach Fig. 5 kann mithin nach den
herkömmlichen Verfahrensschritten mit Basis- und Emitterzonen versehen werden, worauf
die Halbleitervorrichtung fertiggestellt ist.
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As der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß mit der Erfindung
eine Isolier-bzw. Trennanordnung für Schaltkreiselemente geschaffen wird, die eine
Trennzone mit im Vergleich zu den bisherigen Konstruktionen ebener Fläche und kleiner
Oberfläche aufweist. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Trennanordnung bei
niedriger Temperatur in kurzer Zeit ausgebildet werden, wobei eine
Diffusionsumverteilung
und das Auftreten von induzierten Kristallfehlern verhindert werden können.
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Obgleich die Erfindung vorstehend nur in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
dargestellt und beschrieben ist, ist sie innerhalb des erweiterten Schutzumfangs
selbstverständlich verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise
ist die Erfindung ebenso auf groß integrierte MOS-Schaltkreise anwendbar, bei denen
in vielen Fällen selektive Oxidationsverfahren unter Verwendung einer Siliziumnitridschicht
angewandt werden.
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Um die entstehende Oberfläche flacher auszubilden und die Fläche der
Trennzone zu verkleinern, kann eine Siliziumdioxidschicht, welche die Außenfläche
des betreffenden Halbleiter-Chips bildet, mit in einem vorbestimmten Muster angeordneten
und den Chip erreichenden Trennrillen versehen werden, wonach durch Diffusion oder
nach einem Ionenimplantationsverfahren Kanalunterbrechungsfremdatome auf der Sohle
jeder Trennrille abgelagert werden und hierauf alle Trennrillen mit einer dünnen
Siliziumdioxidschicht bedeckt und mit einer abgelagerten Siliziumnitridschicht ausgefüllt
werden, wie dies durch die Erfindung gelehrt wird.
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