DE1814029A1

DE1814029A1 - Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE1814029A1
Application number: DE19681814029
Authority: DE
Inventors: Isamu Kobayashi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1967-12-12
Filing date: 1968-12-11
Publication date: 1969-08-14
Also published as: FR1593881A; NO123439B; US3692574A; SE354382B; AT283448B; DE1814029C3; DE1814029B2; CH486774A; NL140101B; GB1246294A; NL6817602A; BE725244A

Description

Patentanwälte 1 Q -\ 4029

DIpL-Ing.Lf i!-W8ber

München 2, Rosjnial 7
Tel. 261989

SONY CORPORATION . . · -

(SONY KABUSHIKIKAISHA)
Tokio - Japan

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Her- ' stellung von Halbleiterbauelementen und insbesondere auf ein Verfahren zur selektiven Ausbildung von Keimstellen für die Polykristallbildung auf einem Halbleitersubstrat.

Bislang sind verschiedene Methoden zur selektiven Ausbildung von polykristallinen Bereichen und einkristallinen Bereichen auf einem einkristallinen Halbleitersubstrat durch Aufdampfen bekannt geworden. Diese Methoden kommen in Anwendung, wenn die polykristallinen Bereiche als Bahnen für die Störstoffdiffusion oder zu Isolierzwecken dienen sollen.

Zur wahlweisen- Ausbildung der polykristallinen Bereiche und der einkristall inen Bereiche auf einem einkristallinen Halbleitersu betrat werden zunächst auf dem Halbleitersubstrat selektiv an denjenigen Flächenteilen, an denen hernach die polykristallinen Bereiche entstehen sollen, Keimstellen vorgesehen, und hierauf wird aei

auf

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auf dem Substrat durch Aufdampfen eine Halbleiterschicht abgelagert. Hierbei entstehen unmittelbar auf dem einkristallinen Halbleitersubstrat einkristalline Halbleiterschichten und auf den Keimstellen werden polykristalline Halbleiterschichten gebildet, so daß die Halbleiter-Aufdampfschicht aus einkristallinen und polykristallinen Bereichen besteht.

Die Keimstellen können durch selektive Ablagerung eines Oxyds wie beispielsweise Siliciumdioxyd oder durch Abscheidung von Siliciumnitrid und dergleichen oder von Natriumchlorid, Silicium, Kohlenstoff, Germanium und dergleichen, ferner durch Aufrauhen der Substratoberfläche an den hierfür vorgesehenen Stellen mit Hilfe eines Sandstrahls oder durch Ankratzen zum Hervorrufen von Störungen in der Regelmäßigkeit des Gitteraufbau3 in dem Substrat oder auch durch selektives Einlegieren eines Fremdstoffes wie beispielsweise etwa Aluminium, Indium, Gallium, Antimon, Phosphor, Arsen oder eines ähnlichen Metalls gebildet werden.

Je nachJaem im einzelnen vorgesehenen Verwendungszweck kann es mitunter jedoch erwünscht sein, daß die Keimstellen ein leichtes Hindurchtreten des Fremdstoffes gestatten. Hierbei hat sich gezeigt, daß im Fall eines Silicium- oder GermaniumSubstrats für das PoIykristallwachstum sowie für den vorbezeichneten Zweck eine Aufdampfschicht aus dem gleichen Material gut geeignet ist. Da in diesem Fall also die Keimstellen und das einkristalline Halbleitersubstrat aus dem gleichen Material bestehen, nämlich aus Silicium beziehungsweise aus Germanium, ist es nun jedoch nicht mehr möglich, die erfolgte Ausbildung der Keimstellen an den vorbestimmten Stellen des Substrats auf optischem oder visuellen Wege festzustellen. Auch wenn man eine Keimstellenschicht, beispielsweise also eine Silicium- oder Germaniumschicht, auf die Gesamtoberfläche eines Halbleitersubstrats aufdampft und sodann selektiv abätzt, um die Keimstellen in dieser Weise nur auf vorbestimmten Fläohenbereichen des Substrats zu belassen, so kann auf optischem Wege nicht mehr festgestellt werden, ob eine selektive KeimStellenausbildung gemäß einem vorbestimmten Schema ausnahmslos erreicht werden konnte, da sich ja das einkristalline Halbleitersubstrat und das Keimstellenmaterial stofflich

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lioh nicht untereohtiden. Läßt man hierbei den itivorgang etwa· länger andauern, um eioherzustellen, daß die Keimetellenschioht an den nicht su beeohiohtenden Stellen auch tatsächlich restlos entfernt wird, so kann es leioht zu einer zu starken Abätzung kommen, so daß die Substratoberflache dann uneben wird· Wird nun auf das Halb leiter substrat eine Halblei tereohioht aufgedampft, so wird diese JLufdampfsohioht unvermeidlioherweise uneben, was beispielsweise bei der Herstellung einer integrierten Schaltung die Schwierigkeit aufwirft, daß eine Beschaltung in einer ebenen Fläohe nioht möglich ist.

Die Erfindung beruht in der Schaffung eines Verfahrens

sur selektiven Ausbildung von Keimstellen für die Polykristallbil- f

dung auf eines Halbleitersubstrat, wobei dieses Verfahren von den bei den nach den Stand der Technik bekannten Verfahren in Erscheinung tretenden Mängeln frei ist und die Gewähr bietet, daß die Keim- -stellen auf dem Halbleitersubstrat nur an den hierfür vorgesehenen Fläohenbereiohen gebildet werden.

Demgemäß hat die Erfindung unter anderem die Schaffung eines Verfahrene zur Ausbildung von Keimstellen auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrate an ausgewählten Pläohenbereichen zur Aufgabe.

Weiterhin hat die^ Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen zu sohaffen, bei dem auf einem Halbleitersubstrat eine aus polykristallinen Bereichen und f

aus einkristallinen Bereiohen bestehende Aufdampfsohioht ausgebildet wird.

Darüber hinaus hat die Erfindung auoh nooh zur Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen zu schaffen, bei dem auf einem Halbleitersubstrat in exakter Anordnung an vorbestimmten Fläohenbereiohen Keimstellen ausgebildet werden und bei dem an diese Keimstellen angrenzende polykristalline Bereiche gleichzeitig mit einkristallinen Bereiohen im Rahmen eines Aufdampfvorgangs gebildet werden.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sioh aus dem Zusammenhang der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung

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- 4 bindung mit den beigegebenen Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigern

Figuren IA bis II Querschnitteansiohten in einem stark vergrößerten Maßstab, in denen b.eiepielartig eine Folge von Verfahrenssohritten veranschaulicht ist, wie sie im Rahmen der Erfindung für die Ausbildung von Kelmetellen auf einem Halbleitersubstrat in Betracht kommen.

Zunächst wird ein einkristallines Halbleitersubstrat, beispielsweise ein einkristallines Siliciumsubstrat 1, in der Weise hergerichtet, wie dies in Figur IA gezeigt ist. Eine Oberfläche la des einkristallinen Siliciumsubstrata 1 wird durch Dampfätzung oder mit ähnlichen Hilfsmitteln poliert, so daß eine spiegelglatte Fläche entsteht. Die Fläohe la wird hierauf in ihrer Gesamtheit, wie In Figur IB gezeigt, mit einer als Ätzmaske dienenden Schicht 2 überzogen, die bei der Anwendung eines Ätzmittels zur anschließenden Auebildung von Keimstellen von diesem nicht angegriffen wird und die das Substrat 1 vor der Einwirkung des Ätzmittels schützt. Di· als Maske dienende Schicht 2 kann duroh Aufdampfen oder, thermisohe Zersetzung von Silioiumoxyd, Siliciumnitrid und dergleichen oder duroh Oxydation des Substrate gebildet werden, wobei eioh die Stärk· der Masken schicht dann- auf annähernd 6000 Xngströmeinheiten belauft.

Die Maskenschicht 2 wird dann nach einem der üblichen Photoätzverfahren selektiv entfernt, so daß sich in dieser Schicht Fenster 2a bilden, die jene Flächenteile der Substratfläche la freigeben, auf denen hernach die Keimstellen ausgebildet werden sollen, wie dies auch aus der Darstellung der Figur IC zu entnehmen ist. Falle die Maskenschicht 2 aus Siliciumoxyd besteht, kann es sich bei dem Ätzmittel um eine Lösung handeln, die sich aus Flußsäure (50prozentige Lösung) und Ammoniumfluorid (lOOprozentige Lösung) im Volumverhältnis 15 zu 100 zusammensetzt.

Naoh dem selektiven Entfernen der Maskenschicht 2 wird in diesem Fall im Vakuum Silicium zu einer Schichtstärke von 50 bis 2000 Äigströmeinheiten auf eine Fläche aufgedampft, die zumindest euch die durch die Fenster 2a der Maskenschicht 2 freigelegten Fläohenteile der Substratfläohe la einbegreift, so daß eine Schicht 3

entsteht

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entsteht, die als Keimstellenmaterial für die Polykristallbildung dienen soll, wie dies in Uigur ID gezeigt wird.

Hiernach wird die aufgedampfte Schicht 3 in ihrer Gesamtfläche in der in Figur IE dargestellten Weise mit einer zweiten, als Ätzmaske dienenden Sohioht 2¹ ähnlich der unter Bezugnahme auf Figur IB beschriebenen Schicht 2 überzogen, die durch ein beim darauffolgenden Abätzen der Schicht 3 benutztes Ätzmittel nicht angegriffen wird.

Im Anschluß hieran wird die Maskenschicht 2' selektiv abgeätzt, so daß nur die über der aufgedampften Schicht 3 liegenden Flächenteile übrigbleiben, auf denen hernach die Keimstellen ausgebildet werden sollen, wie aus der Darstellung der Figur IF zu ent- " nehmen.ist. Die im Verfahrensschritt der Figur IC fertig ausgebildete Maskenschicht 2 kann nun in dieser Form nutzbar gemacht werden.

Die Maskenschicht 2' ist also nun entfernt und die jetzt unmittelbar freiliegenden Teile der aufgedampften Schicht 3 werden hierauf abgeätzt, wie dies in Figur IG dargestellt ist. Falls die aufgedampfte Schicht 3 aus Silicium besteht, kommt hierbei als Ätzmittel eine Lösung in Betracht, die sich aus Flußsäure (50prozentige Lösung von HF) und Salpetersäure (70prozentige Lösung von HNO,) im Yolumverhältnis 1 zu 6 zusammensetzt.

Wie in Figur IH gezeigt ist, werden sodann die Maskenschichten 2 und 2' durch Abätzen entfernt. Falls die Schichten 2 und 2' aus Siliciumoxyd bestehen, kann hierbei Flußsäure als Ätzmittel benutzt werden. Damit sind also nun die Keimstellen 3 selektiv in einer vorbestimmten Anordnung auf die Fläche la des Halbleitersubstrats 1 aufgebracht.

Schließlich wird ein Material wie beispielsweise Silicium über die gesamte Oberfläche la des Halbleitersubstrate 1, auf der jetzt also auch die Keimstellen 3 ausgebildet sind, auf dieses aufgedampft, wobei unmittelbar auf der Fläche la des Substrats 1 eine einkristalline Halbleiterschicht 4A entsteht, während sich auf den Keimstellen 3 polykristalline Bereiohe 4B bilden, so daß man insgesamt eine Halbleiterschicht 4 erhält, die aus einkristallinen und polykristallinen Bereichen besteht, wie sie in Figur II wiedergegeben

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ben sind.

Der Grund dafür, daß die Keimstellenschicht 3 im Verfahrenssohritt der Figur ID zu einer Stärke in dem Bereich von 50 bis 2000 Ängströmeinheiten ausgebildet wird, ist darin zu erblicken, daß nach der selektiven Ausbildung der Maskenschicht 2¹ gemäß dem Verfahrensschritt der Figur IF die Maskenschicht 2' und die unterhalb von Teilen der Keimstellenschicht 3 liegende Schicht 2 auf optischem Wege schwer voneinander zu unterscheiden sind, falls die Stärke der Schicht 2' weniger als 50Ängströmeinheiten beträgt.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich bei dem Verfahrensschritt der Figur IC die selektive Anordnung der Maskenschicht 2 auf dem Substrat 1 an vorbestimmten Stellen auf optischem Wege kontrollieren, da die Maskenschicht 2 und das Substrat 1 aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Auch bei dem Verfahrensschritt der Figur IF kann man sich in ähnlicher Weise auf optischem Wege der selektiven Ausbildung der Maskenschicht 2¹ vergewissern, da sich die Maskenschicht 2' und die Keimstellenschicht 3 stofflich voneinander unterscheiden.

Da im übrigen die Keimstellenschicht 3 nur im Bereich der Fenster 2a der Maskenschicht 2 unmittelbar auf der Fläche la des Substrats 1 abgelagert wird, läßt sich eine Anordnung der Schicht auf dem Substrat 1 vorsehen, bei der diese ausnahmslos nur auf vorbestimmte Flächenbereiche aufgebracht ist.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen, die Keimstellen genau an den hierfür vorgesehenen Stellenbereichen gemäß einem vorbestimmten Anordnungsschema auf das Halbleitersubstrat 1 aufzubringen, und zwar auch dann, wenn es sich bei dem Keimstellenmaterial und bei dem Substrat 1 um den gleichen Stoff handelt.

Wenngleich bei der Beschreibung der Erfindung davon ausgegangen wurde, daß das Substrat 1 aus Silicium bestehe und die Siliciumschicht 3 auf dieses aufgedampft werde, so versteht es sich aber von selbst, daß gleichwertige Resultate auch ersielt werden können, wenn entsprechend den durch die Erfindung vermittelten Lehren verfahren wird für den Fall, daß die Keimstellenschicht 3 aus

einem

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einem Material besteht, das dem des einkristallinen Silicium-Halbleitersubstrata in optischer und chemischer Hinsicht gleicht, oder aber für den Fall, daß das Halbleitersubstrat beispielsweise aus Germanium besteht und die Keimstellensohioht 3 durch Aufdampfen eines
Stoffes auf das Substrat gebildet wird, bei dem es sich um das gleiche Material wie bei dem Substrat handelt, also ebenfalls um Germanium. Ein geeignetes Ätzmittel für die aus Germanium bestehende
Keimstellensohicht 3 wäre in diesem Fall Hatriumhypoohlorit.

Es liegt daher auf der Hand, daß zahlreiche Modifikationen und Abänderungen möglioh sind, die gleichfalls in den Rahmen der Erfindung fallen.

Patentansp rüohe

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß als Verfahrenseohritte die Ausbildung einer ersten Maskensohicht (2) auf einem einkristallinen Halbleitersubstrat (l) an ausgewählten Stellen unter Aussparung vorbestimmten unbedeokt bleibender Flächenteile (2a), die Ausbildung einer Keimstellensohicht (3) über einem zumindest die vorbestimmten Flächenteile (2a) einbegreifenden Fläohenbereich, die Ausbildung edner zweiten Maskenschicht (2·) auf den über den vorbestimmten, nicht von der ersten Maskensohicht (2) bedeckten Flächenteilen (2a) liegenden Teilen der Keimstellensohicht (3), das selektive Entfernen der Keimstellenschicht (3) duroh Abätzen der nicht von der zweiten Maskenschicht (2¹) bedeokten Flächenbereiohe und das Entfernen der ersten Maskenschicht (2) und der zweiten Maskensohioht (2') durch Abätzen zum Freilegen der Keimstellen auf dem einkristallinen Halbleitersubstrat (l) vorgesehen sind, wobei die erste Maskensohicht (2) und die zweite Maskenschioht (2¹) bei dem ersten dieeer Ätzvorgänge nichjb angegriffen werden.

2. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verfahreneschritt die Ausbildung einer aus polykristallinen, an die Keimstellen angrenzenden Bereichen (4B) und aus einkristallinen, an das einkristalline Halbleitersubstrat (l) angrenzenden Bereichen (4A) bestehenden Schicht (4) duroh Aufdampfen vorgesehen ist.

3. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen nach einem der \ Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Keimstellen-

BChicht (3) durch Aufdampfen gebildet wird.

4· Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das einkristalline Halbleitersubstrat (l) und die Keimetelleneohioht (3) aus Silicium bestehen.

5. Verfahren eur Herstellung von Halbleiterbauelementen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß di· erste Maekenschicht (2) und die zweit« Maskenechicht (2*) aus Siliciumoxyd bestehen.

6. Verfahren zur Herstellung von Halbleiterbauelementen nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das einkristalline Halbleitersubstrat (l) und die KeimrUllensohioht (3) aus Germanium bestehen.

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