DE2027589A1 - Verfahren zur Herstellung von Transistoren - Google Patents

Description

7002-70/Kö/S
RCA 6l,l86
Convention Date:
June 5, 1969

RCA Corporation, New York, N.Y., V.St.A.

Verfahren zur Herstellung von Transistoren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Transistoren.

Bipolare Planartransistoren werden gewöhnlich nach einem Verfahren hergestellt, bei welchem Gebiete von jeweils entgegengesetztem Leitungstyp in einen Körper aus Halbleitermaterial eindiffundiert werden, so daß npn- oder pnp-Anordnungen entstehen. Die Orte oder Plätze der diffundierten Gebiete werden mit Hilfe von bekannten photolithographischen Methoden festgelegt. Bei der Herstellung von Siliciumtransistoren bedient man sich für die Dif- f fusionen gewöhnlich eines zweistufigen Verfahrens, bei welchem der Halbleiterkörper zunächst in einer einen den Leitungstyp ändernden Dotierstoff und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre erhitzt wird, so daß ein stark dotiertes, flaches diffundiertes Gebiet im Bauelement und ein glasiger Belag auf dessen Oberfläche gebildet werden. Dieser Belag schützt die darunterliegende Halbleiteroberfläche gegen Verdampfung oder chemische Reaktion und dient außerdem als Zwischendotierstoffquelle zwischen der Ursprung liehen Dotierstoffquelle und dem Halbleiterkörper. Nach diesem .Aufbringungeschritt wird der glasige Belag entfernt und das Bauelement in Wasserdampf oder einer anderen oxydierenden Atmosphäre weiter erhitzt, so daß eine Neuverteilung der Dotierstoffe aus dem flachen Gebiet bis in eine gewünschte Tiefe sowie eine Reoxy-

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dation der Halbleiteroberfläche erfolgt.

Bei Siliciumtransistoren verwendet man üblicherweise Phosphor als Donatorverunreinigung oder -dotierstoff. Beim Aufbringen dieses Dotierstoffes in einer oxydierenden Atmosphäre entsteht ein Belag aus einem amorphen Gemisch von Siliciumdioxyd (SiO₀) und Phosphorpentoxyd (P₀O₁.), d.h.» einem Phosphorsilikatglas, auf der Oberfläche des Siliciums. Es wurde gefunden, daß Transistoren, bei denen der während der Emitteraufbringung gebildete Phosphorsilikatglasbelag auf dem Bauelement erhalten bleibt, weniger empfindlich gegen erhöhte Temperaturen und Vorspannungen sind als Transistoren ohne einen solchen Belag.

Die bei bekannten Bauelementen dieser Art erzielbaren Ergebnisse sind nicht vorhersehbar. Der Grad der Passivierung hängt anscheinend von der Dicke der Phosphopsilikatglasschicht ab, die schwierig zu kontrollieren ist, da die Glasschicht durch eine Atzbehandlung kurz vor dem Aufbringen der Kontaktmetallisierung zur Erniedrigung des Kontaktwiderstands beeinflußt wird. Durch diese Behandlung wird das Phosphorsilikatglas teilweise oder ganz entfernt.

Bei Transistoren, die für HF-Zwecke bestimmt sind, wurde bisher kein Phosphorsilikatglas in den Passivierungsbelag eingebaut. Diese Transistoren wurden mit extrem kleinen Emitterabmessungen hergestellt. Der übliche Emitterneuver-teilungsschritt entfiel bei der Herstellung dieser Bauelemente, da, wenn die kleinen Emitterplätze reoxydiert werden, man nachträglich durch Photoätzen Kontaktöffnungen anbringen muß. Es ist nicht möglich, die für die Festlegung dieser Emitterkontaktöffnungen verwendete Photomaske so genau· auszurichten, daß mit Sicherheit nur Emittermaterial frejL gelegt wird. Folglich wird bei diesen Bauelementen das während des Aufbringungsschrittes gebildete flache Gebiet als Emittergebiet verwendet. Genaue Kontaktöffnungen können dann dadurch angebracht werden, daß man einfach das während der Emitteraufbringung gebürdete Phosphorsilikatglas entfernt. Es verbleibt daher nach dem Anbringen der Kontaktöffnungen kein Phosphorsilikatglas auf den Bauelementen.

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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich mit Phosphorsilikatglas passivierte Bipolartransistoren für HF-Zwecke herstellen, die frei sind von den Problemen und Schwierigkeiten der Transistoren gemäß dem Stand der Technik. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Basisgebiet innerhalb eines Körpers aus Halbleitermaterial' ein nichtreoxydiertes Emittergebiet unter Bildung einer Schicht aus Phosphorsilikatglas auf dem Bauelement .gebildet und dann die Phosphorsilikatglasschicht mit einem Schutz belag"beschichtet. Nach dem Anbringen des Schutzbelages werden durch photolithogranhische Abtragung des Schutzbelages des Phosphorsilikatglas.es an den Emitterplätzen mittels eines Atzmittels für den Hchu't zbelag und das Glas, das jedoch einen thermischen Oxydbelag nicht angreift, entsprechende Kontaktöffnungen angebracht «

Jn den Zeichnungen zeigen:

r igur 1 bis 7 eine Reihe von Querschnittsdarstellunfren, welche die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichen.

Figur 1 zeigt im Querschnitt ein teilweise behandeltes Scheibchen vor der Durchführung der neuen Schritte des vorliegenden Verfahrens. Das allgemein mit 10 bezeichnete Scheibchen hat einen Körper 12 aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silicium, der auf übliche Weise mit einem unteren Träjferteil 14 von j.n diesem Fall p-leitungstyp, einem mittleren n+-leitenden Teil I6 und einem oberen η-leitenden Teil 18 mit für das Arbeiten als Transistorkollektor geeignetem spezifischen Widerstand versehen worden ist. Üblicherweise ist der n-Teil 18 eine auf die Oberfläche des n+-Teils 16 aufgewachsene epitalctische Schicht. Der Körper 12 hat eine Oberfläche 20, auf welcher die Diffusionsvorgänge für die Herstellung eines Transistors erfolgen können.

Der in Figur 1 gezeigte Aufbau ergibt sich nach der Aufbringung des Dotierstoffes zur Basisdiffusion. Vor dem Aufbringen selbst wird auf der Oberfläche 20 des Körpers 12 eine Düfusionsmaskenschicht 22 gebildet. Diese Schicht 22, die typischerweise aus

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Siliciumdioxyd besteht, wird in üblicher Weise durch Erhitzen des Körpers 12 in einer oxydierenden Atmosphäre unter Bildung eines genetischen Oxydbelages aus Siliciumdioxyd gebildet. Danach wird ein Teil des Belages 22 mit Hilfe bekannter Photoätzmethoden entfernt, so daß derjenige Teil der Oberfläche 20 freigelegt wird, den das Basisgebiet des Bauelemente einnehmen soll ο

Nach Beendigung des Photoätzschrittes wird der Körper 12 in einem Ofen in einer Atmosphäre, die einen Akzeptordotierstoff, typischerweise Bor, sowie Sauerstoff enthält, solange und bei einer solchen Temperatur angeordnet, daß auf der Oberfläche 20 und über den freiliegenden Flächen des Belages 22 eine Schicht aus Borsilikatglas 24 erzeugt wird. Dabei entsteht außerdem in der Schicht 18 unterhalb der Oberfläche 20 des Körpers 12 ein diffundiertes Gebiet 26, In diesem Stadium des Verfahrens ist das Gebiet 26 flach und p+-leitend.

Als nächste«erfolgt ein Basisneuverteilungsschritt« Die Borsilikatglasschicht 24 (Figur l) wird als'erstes mittels eines geeigneten Lösungsmittels vom Scheibchen 10 entfernt, und das Scheib chen 10 ohne die Schicht 24 wird ie eiaem Ofen im einer Wasserdampfatmosphäre oder irgendeiner anderen oxydierenden Atmosphäre ■it einer Temperatur von typischerweiße ungefähr 1100° C angeordnet, so daß eine weitere Diffusion der Akzeptordotierstoffe im Gebiet 26 erfolgt. Zugleich wird die freiliegende Oberfläche des Bauelements 10 oxydiert, so- daß eiiae neue Oxydmaslcewschicht 28 ent steht (Figur 2} und die Oxydmaskeaschicht 22 iß ihrer*Dicke zuninmt. Die Dauer dieser .Neuver-fceilung wix»d so komtPolliert"und gewählt, daß das Basisgebiet 26 bis zu einer gewüsaschteft Tiefe innerhalb dee Gebiets 18 eindiff«radiert.

Nach Beendigung des BaEisnemVerfceilumgsselhFdLfcifces werdea Hilfe üblicher pIiofcolxtliogFapitiselhi©? Meiitiodeim ±m d©a OssyÄEaekea- echicltten 28'und 22 am Eimi*t©rpla-fcz ut&d~ an eiiaee fiia? di© Koatefcfei.© ' ■ rung dee Kollektorgebietes geeignet®» Plats Öffcauaagesa asigstoractat«» Und zwar werden^ wie la Fipas·- 3 ersichtlich., eiae. solce&Q öffmasag 3Ö_P die den Eaäitt er plate fesibleggfc, usad oiae öf fmsMQ. $2 dmipelii di® ■askeascfeiclit 2Z₉ ύ±® uem EColbkterlsoiafeaktplats festlegt

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Als nächstes wird das Scheibchen 10 in einem Ofen in einer .Phosphor und Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre solange und bei solcher Temperatur angeordnet, daß über den gesamten freiliegenden Oberflächender Oxydmaskenschicht 22 und der Basisoxydschicht 28 sowie in den Öffnungen 30 und32 eine Phosphorsilikatglas-' schicht 34 entsteht (Figur 3). Beispielsweise kann das Scheibohen 10 auf eine Temperatur zwischen 650° C. und 950° C. in einer Atmosphäre erhitzt werden, die Sauerstoff und Phosphor, das durch Hindurchleiten von Stickstoff durch ein flüssiges Phosphoroxychloridbad erhalten worden sein kann, enthält. Die Dauer dieses Aufbringschrittes ist nicht kritisch, sollte jedoch im Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 30 Minuten liegen, damit eine Phosphorsilikatglasschicht 34 mit einer Dicke ia Bereich von 200 bis 2000 X erhalten wird. Stattdessen kann man auch z.B. die Schicht 34 durch Pyrolyse eines Gemische aus Silan (SiH.) und Phosphin (PH-) in Sauerstoff herstellen. Dieses Verfahren ist insofern vorteilhaft, als es bei einer relativ niedrigen Temperatur von ungefähr 300° C. durchgeführt werden.kann.

Beim Aufbringen der Phosphorsilikatglasschicht 34 entsteht zugleich ein stark dotiertes n-H—Gebiet 36? das die ohms ehe Kontaktierung des Kollektorgebietes 18 erleichtert, sowie ein stark dotiertes n+-Gebiet 38, das den Emitter des Bauelements bildet.

Sämtliche bisher beschriebenen Verfahrensschritte sind bekannt und finden bei der Herstellung von bipolaren Planartransistoren Anwendung. Die nachstehend beschriebenen Schritte weichen von den bekannten Verfahren ab und bilden in Verbindung mit den bekannten Schritten ein neuartiges Verfahren.

Üblicherweise wird die während der Emitteraufbringung gebildete Phosphorsilikatglasschicht entfernt, um den Emitterkontakt freizulegen. Beim vorliegenden Verfahren entfällt dagegen dieser Schritt und wird kein Phosphorglas entfernt. Stattdessen besteht der. nächste Schritt (Figur 4) darin, daft über der Phoephorsilikatglasechicht 34 ein Schutzbelag 40 angebracht wird. Im vorliegenden-Fall besteht dieser Schutzbelag 40 vorzugsweise au« phosphordotlertem Siliciumdioxyd. Die Aufbringung des Belages 40 erfolgt

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vorzugsweise durch Erhitzen des Scheibcraens IQ in einer Atmosphäre von Silan (SiH.) und Phosphin (Pl )-in Sauerstoff* Dies kann bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur von ungefähr 300° C. geschehen, und die Tiefe des Emittergebiete®"38 und des Basisgebietea 26 wird dadurch nicht nennenswert beeinfluAt« Ein nach diesem Verfahren hergestellter phospli©pdo-fcierter Siliciumdioxydbelag hat eine verhältnismäßig geringe Bickte«, und ©s ist daher vorteilhaft, ihn in einer oxydierenden_Atmosphäre zu glühen_β Der nächste Schritt des vorliegenden Verfahrens besteht daher daria^ daß das Scheibchen 10 in z»B, Wasserdampf oder ©isaer anderen oxydierenden Atmosphäre solange er hit st- wird, bis die licht© des Belages 40 auf einen gewünschten Wert erhöht istο

Der nächste Schritt des Verfafcawssas besteht darin, daß. Öffnungen durch die phosphordotierte SiXieiiiiadioxydscnicht 40 und die Phosphorsilikatglasschicht 34 bis sas= ©fesirfläcfae des Scheibchens 12 angebracht werden, damit das EndUbte?- und das KollsktOstgebiet des Bauelements kontaktiert werden ka»raaem*_e Zu diesem Zweck wird die Oberfläche des Siliciumdioxydbel.ages 40 ala erstes mit einer Substanz wie Benzolsulfonsäure behandelt d&₉ Mie sich* herausgestellt hat, übliche lichtempfindliche Ä&zschutgßiittel (Ätzreservagen) ohne eine solche Behandlung nicht gut an diesem Material anhaften. Sodann wird auf die gesamt® Oberfläche des Scheibchens 12 ein lichtempfindliches ÄtzSchutzmittel

Für die Belichtung der Ätzschu&zmi-ttelschicht 42 wird eine Maske verwendet, die im ÄtzSchutzmittel ein Muster erzeugt, das nach der Belichtung die gleiche Größe wie die Emitter- und Kollektoröffnungen haben oder kleiner oder größer als diese Öffnungen sein kann. Eine genaue Ausrichtung der Maske über den Emitter- und Kollektorplätzen ist nicht notwendig, da die für die Entfernung oder Abtragung des phosphordotierten Oxydbelages 40 und der Phospho£ silikatglasschicht 34 erforderiiche Zeit kurz ist, weil diese Materialien sich leicht wegätzen lassen. Wie in Figur 5 gezeigt, könne« die in der Ätzschutzmittelschicht 42 gebildeten Öffnungen ' um eine kleine Strecke ⁿdⁿ gegenüber der Lage, die sie bei ge- * . " nauer Ausrichtung über den Emitter- und Kollektorkontaktplätzen einnehmen sollten, verschoben sein·

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Als nächstes wird das Scheibchen in ein Ätzbad, beispielsweise mit Ammoniumfluorid gepufferte Fluorwasserstoffsäure gegeben, um diejenigen Teile des phosphordotierten Oxydbelages 40 und der Phosphorsilikatglasschicht 34 abzutragen, die nicht durch die Ätz Schutzmittelschicht 42 geschlitzt sind. Der sich nach dem Entfernen dee Ätzschutzmittels in einem geeigneten Lösungsmittel ergebende Aufbau ist in Figur 6 gezeigt, wo eine Emitterkontaktöffnung 44 und eine Kollektorkontaktöffnung 46 dargestellt sind. Wie man sieht, wird durch die Ätzbehandlung das phosphordotierte Oxyd sowie das Phosphorsilikatglas abgetragen, während die ursprünglichen Oxydaaskenschichten 28 und 22 nicht angegriffen werden, da diese Schichten durch das Ätzmittel für Phosphorsilikatglas nicht so leicht geätzt werden. Von diesem Punkt an kann die weitere Herstellung des Bauelements nach Üblichen Methoden erfolgen. So kann ein neuer Ätzschutzmittelbelag (nicht gezeigt) auf das Bauelement, wie in Figur 6 gezeigt, aufgetragen und eine geeignete Kontaktöffnung 48 (Figur 7) nach dem Basisgebiet 26 angebracht werden· Danach können in bekannter Weise die Metallisierungen 50, 52 und 54 für Emitter, Basis bzw. Kollektor angebracht werden.

Das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Bauelement enthält eine Schicht aus phosphordotiertera Siliciumdioxyd und eine Schicht aus Phosphorsilikatglas zur Erhöhung der St-' ilität des Bauelements und ein nichtreoxydiertes Emittergebiet zur Verbesserung des yochfrequenzVerhaltens. Der Emitter-Basisübergang ist durch die ursprungliche, thermisch aufgewachsene Oxydmaskenschicht gut geschützt, und die Wahrscheinlichkeit, daß Kurzschlüsse zwischen Emitter und Basis auftreten, ist sehr gering.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   fy» Verfahren zur Herstellung von Transistoren mit einem Körper aus Halbleitermaterial mit einem η-leitenden Kollektorgebiet, einem p-leitenden Basisgebiet und einem Emittergebiet, das innerhalb des Basisgebietes durch Aufbringen einer Phosphorsilikatgla^ä schicht auf den Körper und auf eine darauf angebrachte Oxydmasken schicht mit einer den Ort des Emittergebietes festlegenden Öffnung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein sich im wesentlichen mit der Öffnung (30) in der Oxydmaskenschicht (28) deckender Teil der Phosphorsilikatglasschicht
   (34) vom Körper (12) entfernt wird. ■ .
2. 2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über der Phosphorsilikatglasschicht (34)
   ein Schutzbelag (40) aus einem Material, das durch eine Substanz, die auch das Phosphorsilikatglas ätzt, geätzt werden kann, gebildet wird; daß auf diesem Schutzbelag ein Belag aus einem Ätzschutzmittel (42) angebracht wirdj und daß dieser Ätzschutzmittelbelag durch eine Maske mit einem Emittermuster belichtet wird,
   derart, daß im Ätzschutzmittelbelag eine Öffnung (44) gebildet
   wird, die sich im wesentlichen mit der Öffnung (30) in der Oxydmaskenschicht (28) deckt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung des Schutzbelages (40) nach . dem Aufbringen der Phosphorsilikatglasschicht (34) und vor Abtragung irgendeines Teils derselben erfolgtj und daß selektiv Teile des Schutzbelages in der Nachbarschaft der Öffnung (30) in der
   Oxydnaskenschicht (28) weggeätzt werdeiij, derart _t da§ das Material des Emittergebietes (38) freigelegt wird«,

   4« Verfahren nach Anspimeh 3, -da. durch gekennzeichnet f daß sum selektive» Wegätzeia von Teile» des Schutzbelages (40) auf diesem ein Äteschutziaifc-fcelfeelag (42). angebracht wird, der durch eiae Maske axt eimern des· Größe mmd Form '

   des Emittergebietes (38) entsprechenden Muster belichtet wird, derart, daß im Ätzschutzmittelbelag eine Öffnung entsteht, die sich im wesentlichen, jedQch nicht notwendig genau, mit der Öffnung (30) in der Oxydmaskenschbht (28) deckt.

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