DE2640981A1

DE2640981A1 - Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen unter verwendung einer schutzschicht aus oxid

Info

Publication number: DE2640981A1
Application number: DE19762640981
Authority: DE
Inventors: Bohumil Polata
Original assignee: Signetics Corp
Current assignee: Signetics Corp
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-11
Publication date: 1977-03-24
Also published as: CA1086867A; FR2325189B1; FR2325189A1; JPS5431951B2; GB1554273A; US4018627A; DE2640981C2; JPS5239370A

Description

PHA. 1018

Va/WR/Voor

20.8.1976

1) :·.-*!,.■;. . ·■'■■ ? *5 ί-irli Zcllcr

λ..μ.·:λ::: Signetic Corp·

Akte No. PHA 1018
Anmeldung vom: 8. S©P"t.

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen unter Verwendung einer Schutzschicht aus Oxid.

\
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren

zur Herstellung von Halbleiteranordnungen aus einem Halbleiterkörper mit einer ebenen Oberfläche, das folgende Schritte umfasst: die Bildung einer Schicht aus Material zur Anwendung als eine Maske auf dieser Oberfläche; die Bildung einer Anzahl von Offnungen in der Materialschicht, durch die Gebiete dieser Oberfläche freigelegt werden; dann das Anwachsen einer in bezug auf diese Maske dünnen Schutzschicht auf jedem der genannten freigelegten Gebiete, und anschliessend selektive Dotierung der durch diese öffnungen definierten Gebiete durch Xonenimplantation und

709812/0998

-$t~ PHA. 1018

20.8.1976

selektive Bedeckung dieser Offnungen, derart, dass freigelegte Gebiete erst zu dem geeigneten Zeitpunkt in dem genannten Vorgang dotiert werden.

In der U.S- PS Nr. 3928081 ist ein Verfahren

beschrieben, bei dem durch Anwendung einer zusammengesetzten Ausgangsmaske Fehlausrichttoleranzen beseitigtwerden können, damit Anordnungen hergestellt werden können, die eine kleinere Geometrie aufweisen. Nach der vorgenannten Anmeldung werden die verschiedenen von der zusammengesetzten Maske freigelassenen Offnungen dadurch dotiert, dass diese Offnungen selektiv mit entweder einem Photolack oder irgendeinem Metall, wie Aluminium, bedeckt werden, mit anderen Worten mit einem Material, das sich leicht entfernen lässt. In gewissen Fällen, in denen die vorgenannte Technik verwendet wird, kann eine Verunreinigung in den Halbleiterkörper eingeführt werden, die die Bildung von Fehlstellen, z.B. von Stellen bewirkt, an den^n unerwünschte Materialien nach innen·diffundiert werden könnten.

Die Erfindung bezweckt im allgemeinen, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen mit wenig Fehlstellen zu schaffen,-

Dementsprechend wird ein Verfahren zur Her- stellung von Halbleiteranordnungen aus einem Halbleiterkörper mit einer ebenen Oberfläche angewandt. Eine Schicht wird gebildet;aus einem Material das als Maske auf der Oberfläche benutzt wird. Eine Anzahl von Offnungen werden in der Materialschicht gebildet, durch die Gebiete der Oberfläche freigelegt werden. Dann wird-eine in bezug auf

7Q9 812/0998

PIIA. 10 IS 20.8.1976

die Masice dünne Schutzschicht auf jedem der freigelegten Gebiete angewachsen. Anschliessend werden die durch die Offnungen definierten Gebiete selektiv durch Ionenimplantation dotiert und selektiv derart überzogen, dass 'freigelegte Gebiete erst zu dem geeigneten Zeitpunkt in dem Vorgang dotiert werden. Die Schutzschicht bleibt während des ganzen Dotierungsvorgangs an ihre Stelle und schützt nichtselektierte Gebiete vor restlichen Verunreinigungsprodukten, die während der Entfernung des selektiven Überzugs gebildet werden.

Figuren 1 bis 8 zeigen Querschnitte, von denen einige isometrisch sind und die die bei .dem erfindungsgemässen Verfahren angewandten Schritte darstellen.

¥ie in der TEBtI³S 3928081 beschrieben ist, ist ein Halbleiterkörper 12, z.B. mit p-leitender Verunreinigung, vorhanden, der eine ebene Oberfläche 13 aurweist. Eine vergrabene Schicht 32 wird durch Ionenimplantation gebildet, wie in der vorgenannten US-PS beschrieben ist, und dann wird eine epitaktische n-leitenie Schicht 29 auf der Schicht 12 angewachsen. Eine Schicht 33 aus Siliziumdioxid geeigneter Dicke, z.B. von 1 ,um oder 10.000 S., wird auf der Oberfläche 31 der epitaktisehen Schicht 29 angewachsen,

Anschliessend werden eine Anzahl von Offnungen 34, 36 und 37 in der Schicht 33 gebildet und auf die gewünschte ¥eise positioniert, um Masken für Basis-, Kollektorkontakt oder -anschluss und'Diffusionsisolierzonen

709812/0998

PITA. 1018 20.8.1976

zu erhalten. So ist in einem einzigen oder "Haupt"-Maskierungsscbritt die gegenseitige Beziehung zwischen den respektiven Gebieten bestimmt und der übliche Aufbau von Maskentoleranzen gesonderter Masken ist beseitigt.

In der vorgenannten US-PS 392808I war der nächste Bearbeitungsschritt die Bildung eines Schutzmaterials, wie eines Metalls oder Photolacks, das die oberen Flächen der Struktur nach Pig. 1 bedeckt, die auf der· Schicht 33 liegen und sich derart erstrecken, dass sie die Fenster ^h₁ 36 und 37 bedecken. Durch einen zusätzlichen nichtkritischen photolithographischen Schritt wurden dann selektive Teile der Schicht entfernt, wodurch selektierre Fenster oder Offnungen, wie die JsοIierÖffnung 37» freigelegt wurden. Dann wurde die Photolackmaske von den Rändern der Öffnung 37 entfernt, wodurch eine Toleranzen etwa 3 xtn in bezug auf den Rand erhalten wurde. So verblieb der

t
kritische oder definierende Maskenrand der Schicht 33· Dann wurde Ionenimplantation durchgeführt, um Verunreinigungen zu implantieren, z.B. zur Bildung der Isolierzonen, wobei das zusammengesetzte Gebilde der Photolackmasken und der Maske 33 genügt, um die Verunreinigungsionen in den nichtfreigelegten Gebieten des körpers zu absorbieren oder zurückzuhalten.

Es wurde gefunden, dass, obgleich diese einzigartige Kombination von Masken vorteilhaft ist, die innerhalb der Photolackschichten (im Gegensatz zu einer Metallschicht) absorbierten und zurückgehaltenen Ionen nachfolgende Fehlstellen einfuhren können, wenn die Photolackschicht z.B.

709812/0998

-y- νιικ. 1018

20.8.197ο

durch, einen Oxidations- oder Veras chungs vor gang entfernt wird. Während dieses Vorgangs geraten die.Ionen innerhalb der Photolaclcschicht mit der Halbleiteroberfläche in Berührung, wenn die Photolaclcschicht zu einem Rückstand reduziei-t wird, wodurch respektive Gebiete verumreinigt und unerwünschte Dotierungen und Fehlstellen in die endgültige Struktur eingeführt werden. Infolgedessen wird nach der Erfindung ein in Fig. 2 dargestellter zusätzlicher Bearbeitungsschritt angewandt, bei dem eine verhältnismässig dünne Schutzschicht auf den Oberflächen gebildet wird, die über die Offnungen 3k, 36 und 31 freigelegt werden. Die verhältnismässig dünne Schutzschicht 39» die zum Überziehen der freigelegten Oberfläche gebildet wird, kann aus Siliziumdioxid bestehen und braucht nur eine genügende Dicke aufzuweisen, um nachfolgende Verunreinigung und Einführung von Fehlstellen durch den Photolackrückstand zu verhindern. Tatsächlich braucht die Dicke der Schicht 39 nur genügend gross zu sein, um eine physische Trennung zwischen den restlichen Verunreinigungen und der Oberfläche zu erhalten, und kann in der Grössenordnung von 0,1 ,um liegen. Die Schicht 39 soll genügend dünn sein, damit sie leicht z.B. durch Ätzen entfernt werden kann, ohne dass die Maskenränder der Schicht 33> die zur Definition der.Umfange der betreffenden Gebiete verwendet wird, beeinträchtigt werden.

Nach Fig. 3 ist der nächste Schritt die Bildung einer Photolack- oder Metallschicht 4i auf der oberen Fläche der zusammengesetzten Struktur. Die Schicht 41,

709812/0998

PiIA. 1018 2O.8.1976

26A0981

z.B. aus Photolack, kann auf üblichem photolithographischein Wege in Muster gebracht werden, um einen Teil der Schicht zu entfernen und den die Gebiete definierenden Maskenrand der unterliegenden Maskenöffnung 37 frei zu legen. Wie oben erörtert wurde, kann die Schicht 41 von dem die Maske definierenden Rand entfernt werden, um eine Toleranz Λ-011 etwa 3/^um zu erhalten. Die Schutzschicht 39 trennt nach vie vor die Schicht 41 von der epitaktischen Oberfläche 29. Dann kann die Implantation z.B. bei einer Energie von 15O keY auf die ganze obere Fläche der Struktur nach Fig. 3 durchgeführt werden. Die Kombination der Schicht 39 und der Schicht 41 kann etwa 0,8 bis 1 /um dick sein und eine genügende Grosse haben, um die Verunreinigungsionen in allen Gebieten, bis auf die vorherfreigelegten und vorbestimmten Gebiete, zu absorbieren und zurückzuhalten. Die Schicht 39 in

- · ■ ■ . V

den freigelegten Gebieten ist genügend dünn, um eine Einführung eines wesentlichen Teiles der Ionen, in die Schicht 29 zu gestatten, wodurch Gebiete gebildet werden, die nahezu durch die Maskenränder der Öffnung 37 definiert werden.

Gemäss Fig. 4 wird nach Durchführung des lonenimplantationsSchrittes die Schicht 41 z.B. durch Veraschung oder Oxidation der Photolackschicht 41 entfernt. Wie in einem etwas übertriebenen Masstab dargestellt ist, wird ein Rückstand 4ia während der Durchführung dieses Schrittes gebildet, und wenn nicht die Schutzschicht 39 vorhanden wäre, würde der Rückstand anfänglich mit unerwünschten Teilen

709812/0998

— ( — i'IJ-H. * IWIU

20.8.1976

der Oberfläche 31 ^¹¹ Berührung geraten und so Verunreinigungen und Fehlstellen darin einführen.

Anschliessend wird ein Diffusionsschritt durchgeführt, um die ionenimplantierten Venmreinigungen'nach innen zu diffundieren. Die Schutzschicht 39 kann !fahrend der Diffusion wegen einer Oxidation während des Diffusionsschrittes etwas dicker, werden. Ein trockener Oxidationsvorgang wird benutzt, wobei die Struktur einer trockenen Atmosphäre bei einer genügend hohen Temperatur während einer geeigneten Zeitspanne ausgesetzt wird, um die implantierten Borverunreinigungen nach unten zu treiben und somit ρ -Zonen 43 zu bilden, wodurch ein pn-Ubergang innerhalb des genannten Körpers definiert wird, der sich von der Oberfläche 31 her erstreckt. Die Diffusionstiefen der Gebiete 43 werden mit grösster Sorgfalt derart gesteuert, dass sich die Gebiete nahezu bis zu der oberen Fläche 13 des Substrats 12 erstrecken. Die Tiefe wird derart vorbestimmt, dass, wenn -das Herstellungsverfahren vollständig durchgeführt ist, sich die Gebiete 43 ganz bis zu dem ,Substrat 12 erstrecken, um isolierte Inseln für" die fertiggestellten Transistorauordnungen zu bilden. Auch hier verringert die Anwendung von Ionenimplantation in erheblichem Masse laterale Diffusion in bezug auf die normalerweise bei vollständiger thermischer Diffusion auftretende laterale Diffusion. Die Anwendung von Ionenimplantation gemäss der vorgenannten US-PS 3928O81 ist vorteilhaft, indem die kapazive Kopplung in der Schaltung herabgesetzt wird. Insbesondere

70981 2/0998

PIlA. 1018 20.8.1976

ist es möglich gewesen, die zwischen dem Basisgebiet und den Isoliergebieten erforderliche Toleranz herabzusetzen, während ausserdem Toleranzen zwischen einzelnen Masken nicht mehr berücksichtigt zu werden brauchen, weil die erste oder Hauptmaske den gegenseitigen Abstand der Gebiete und dementsprechend die Schaltungskapazität bestimmt. Z.B. kann Bor bis zu einer Tiefe von etwa 1 Aim implantiert und dann bis zu einer weiteren Tiefe von 2 bis 3/^um mit einer lateralen Diffusion gleich nahezu nur zwei Dritteln dieser weiteren Tiefe diffundiert werden.

Gemäss Fig. 5 ist der nächste Schritt die

Bildung einer zusätzlichen Maskierungsschicht 46, z.B. aus Photolack, auf der oberen.Fläche der Struktur nach Fig. Unter Verwendung ttblieher Techniken wird ein Teil der Schicht entfernt, um die Öffnung 36 und einen Teil der Schicht 39 freizulegen, der auf ^der Oberfläche 31 liegt und als Kollektorkontakt oder -anschluss dienen soll. Wieder kann eine Toleranz von nahezu 3/^um erhalten werden, wobei die Schicht 46 wieder entfernt wird, um den Maskenrand der Öffnung 36 freizulegen. Danach wird die erwünschte η-leitende Verunreinigung, wie Phosphor, direkt über die Schicht 39 implantiertund durch die Öffnung 36 definiert, um einen η -Kollektoranschluss oder ein -kontaktgebiet 47 innerhalb der epitaktischen Schicht 29 von der Oberfläche 31 her zu bilden. Die zusammengesetzte Kombination der Schicht 46 und der Maskenschicht 33 dient dazu, Ionen zu absorbieren und zu verhindern, dass sie bis zu der Ober-

709 8 12/0998

PIIA. 1018 20.8.1976

fläche 31 vordringen, mit Ausnahme des durch die Öffnung 36 definierten Oberflächenteiles, wobei ein wesentlicher Teil der Ionen leicht durch die verhältnismässig dünne Schutzschicht 39 hindurchdringt. Die Implantation kann bis zu einer Tiefe von nahezu 0,3 bis 0,8 /um durchgeführt werden«

Anschliessend wird die Schicht 46 entfernt und wird die Struktur anfänglich in einer etwas oxidierenden Atmosphäre und dann weiter in einer nichtoxidierenden Atmosphäre, wie Inertgas, diffundiert, um die n-leitenden Verunreinigungen nach unten zu treiben und das η -Gebiet zu bilden (siehe Fig. 6).

Wie allgemein bekannt ist, können die nachfolgenden Diffusionssehritte bei allmählich niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden, um die weitere Ausdiffusioi vorher gebildeter Gebiete auf ein Mindestmass zu beschränken, Die Diffusionsschritte können bqi derselben oder einer

verschiedenen Temperatur durchgeführt werden, solange die Effekte der kombinierten Ausdiffusion der respektiven Gebiete bei den respectiven Temperaturen und Zeiten bei der Bestimmung der resultierenden Gesamtdiffunsionstiefe berücksichtigt- werden.

Wie in der vorgenannten US-PS 3928081 beschrieben ist, kann bei dünnen epitaktischen Strukturen, wie einer 1,5/um dicken epitaktischen Schicht, Ionenimplantation verwendet werden, um nahezu die ganze Halbleiterstruktur zu durchdringen, wobei nur eine sehr geringe zusätzliche thermische Diffusion erforderlich ist. Der Effekt ist, dass

709812/0998

-♦«J- PIIA.. 1013

20.8.197"6

laterale Diffusion in erheblichem Masse herabgesetzt wird und dementsprechend herabgesetzte dichtere Geometrien für Strukturen grö'sserer Dichte erhalten werden.

Gemäss Fig. 6 kann die vorher gebildete

Schicht 46 entfernt und kann eine zusätzliche Schicht 49 gebildet und in Muster gebracht werden, derart, dass nur die Offnungen jh und 37. freigelassen werden. ¥ieder kann eine Toleranz von nahezu 3/^um erhalten werden, wobei die Schicht 49 derart entfernt wird, dass die Maskenränder der Offnungen 3h und 37 freigelegt werden. Dann wird eine p-Typ-Implantation in der oberen Fläche der Struktur nach Fig. 6 durchgeführt, um das Basisgebiet 51 zu bilden, das durch die Ränder der Öffnung 34 in der Maske 33 definiert wird. Durch die weitere Implantation von Verunreinigungen in die Gebiete 43 wird die ρ -Isolierung weiter vergrössert und kann ausserdem dazu beigetragen werden, dass Inversion an der Oberfläche 31 verhindert Vird. Dieser Schritt kann erwünschtenfalls völlig durch thermische Diffusion durchgeführt werden. In einem derartigen Fall wird die Schutzschicht 39 in den Offnungen 34 und 37 durch Ätzung entfernt, um eine thermische Ablagerung zu gestatten. Die Schicht 33» wenn auch in Dicke herabgesetzt, definiert noch immer die thermisch abgelagerten Gebiete.

Die Schicht 49 ist, wie in Fig. 7 dargestellt, entfernt, während ein vorbestimmter Teil der Schicht 39 entfernt wird, um eine Öffnung 53 zvl bilden, durch die ein Gebiet der Oberfläche 3I völlig innerhalb des Gebietes 51 freigelegt wird. Die öffnung kann durch übliche photo-

709812/0998

ΡΙΤΛ. 101S

20.8. Ο? 5

lithogi"aphische Techniken ,gebildet werden. Es werden n-Typ Verunreinigungen durch die Öffnung 53 eiiidiffundiert _r um das η-leitende Gebiet $6 völlig innerhalb des Gebietes 51 zu bilden, das sich bis zu der Oberfläche 31 erstreckt. Obgleich in dieser Beschreibung das Gebiet ^6 durch.thermische Diffusion gebildet wird, kann es auch durch Ionenimplantation gebildet werden, vorausgesetzt, dass ein genügend niedrige Energie in.Verbindung mit der Dicke der Schicht 39 verwendet.wird, um eine Maskierung gegen die Implantation in allen Gebieten, bis auf das freizulegende Gebiet zu erhalten. '

Nach Fig. 8 werden Offnungen in der Schicht gebildet, durch die Teile der respektiven Gebiete in der Oberfläche 31 freigelegt werden. Eine übliche Schicht aus Metall, wie Aluminium, wird .auf die Oberfläche aufgedampft und die unerwünschten Metallteile werden durch übliche Techniken entfernt, wodurch Kontakte 57j 59 und 61 gebilder werden. ¥ährend der letzten Diffusionsschritte konnten die ρ -Gebiete 43 sich in Kontakt mit dem unterliegenden Substrat 12 erstrecken und also die ganze Anordnung isolieren.

Andere pn-Strukturen können gleichzeitig mit dem hier beschriebenen Transistor hergestellt werden, um Dioden, diffundierte Widerstände und andere Anordnungen zu erhalten, die danach durch die endgültig in Muster gebrachte Aluminiumschicht miteinander verbunden werden, um eine integrierte Schaltung zu erhalten.

Durch das vorliegende Verfahren unter Verwendui-g einer .Schutzschicht zwischen der Photolackmaskierungsscliichr

709812/0 9 98

±TLH.. ιυ ΐΰ

20.8,1976

und der Oberfläche der' epitaktischen Schicht werden wesentliche Verbesserungen insbesondere bei der Bildung grosser vergrabener SdrLchten erhalten, die unter Strukturen liegen, die hundert oder mehr Emitter enthalten. Bisher -wurde durch bekannte Fehlstellen der Umfang solcher Strukturen drastisch beschränkt. .

So ist ein Verfahren zur Bildung von GeMeten mit wenig Fehlstellen in einem Halb leite rlcör per erhalten, bei dem eine verbesserte schützende Maskierungsstruktur zur Anwendung bei der Bildung eines Gebietes mit wenig Fehlstellen und hoher Ausbeute in einer Halbleiterstruktur erhalten wird.

70 9812/099 8

Claims

PIlA.. 1018 20.8.1976

PATENTANSPRÜCHE:

ί1.J Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen aus einem Halbleiterkörper mit einer ebenen Oberfläche, das folgende Schritten umfasst: die Bildung einer Schicht aus Material zur Anwendung als eine Maske auf dieser Oberfläche; die Bildung einer Anzahl von Offnungen in der Materialschicht, durch die Gebiete dieser Oberfläche freigelegt werden; dann das Anwachsen einer in bezug auf diese Maske dünnen Schutzschicht auf jedem der genannten freigelegten Gebiete, und anschliessend selektive Dotierung der durch diese Offnungen definierten Gebiete durch Ionenimplantation und selektive Bedeckung dieser Offnungen, derart, dass freigelegte Gebiete erst zu dem geeigneten Zeitpunkt in dem genannten Vorgang dotiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte dünne Schutzschicht während des ganzen Dotierungsvorgangs an ihrer Stelle

\
bleibt und somit nichtselektierte Gebiete vor restlichen Verunreinigungsprodukten schützt, die während der Entfernung des genannten selektiven Überzugs gebildet werden. 2. _ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese dünne Schicht aus Siliziumdioxid besteht und • die genannte selektive Bedeckung durch Anwendung eines Photolacks erhalten wird, der durch Veraschung entfernt wird.

709812/0998