DE2711657C2

DE2711657C2 - Planardiffusionsverfahren mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen

Info

Publication number: DE2711657C2
Application number: DE2711657A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7800 Freiburg Kraft
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1983-08-25
Also published as: DE2711657A1

Description

Aus der DE-AS 15 64 881 ist ein Planardiffusionsverfahren bekannt, bei dem die Diffusion von Störstellen durch eine diffusionshemmende Maskierung innerhalb eines Diffusionsfensters in einer Maskierungsschicht erfolgt, deren Dicke größer ist als die der Maskierung, so daß letztere weniger diffusionshemmend ist als die Maskierungsschicht.

Die Erfindung geht von einem solchen Verfahren aus und betrifft ein aus der DE-AS 24 53 134 bekanntes Planardiffusionsverfahren mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen durch je mindestens ein Diffusionsfenster einer auf der einen Oberflächenseite einem Halbleiterplatte aufgebrachten

. Maskierungsschicht, von welchen Diffusionsfenstern für das den zweiten Diffusionsprozeß erforderliche mit einer Maskierung von einer Dicke weniger als die Dicke

π der Maskierungsschicht geschlossen wird.

Sowohl bei dem bekannten Verfahren der vorstehend genannten DE-AS 24 53 134 als auch bei vergleichbaren Planardiffusionsverfahren, bei denen mindestens zwei aufeinanderfolgende Diffusionsprozesse durch je mindestens ein Diffusionsfenster einer auf der einen Oberflächenseite einer Halbleiterplatte aufgebrachten Maskierungsschicht erfolgen und eine relativ wenig diffusionshemmende Maskierung innerhalb des für den zweiten Diffusionsprozeß erforderlichen Diffusionsfensters angeordnet ist. besteht das Problem der Einstellung der Dicke der Maskierung. Diese Dicke wird bei dem bekannten Verfahren der genannten DE-AS 24 53 134 durch einen besonderen thermischen Oxidationsprozeß eingestellt. Die Photolackmaskierung zur

5(> Herstellung der Begrenzung der Maskierung ist vorher zu entfernen.

Die exakte Steuerung der thermischen Oxidation einer Silicium-Oberfläche bereitet zwar keine Schwierigkeiten, so daß die Dicke sowohl der Maskierungsschicht als auch die einer Maskierung innerhalb eines Diffusionsfensters der Maskierungsschicht sehr genau eingestellt werden können. Dazu sind aber bei dem Verfahren der DE-AS 24 53 134 zwei getrennte gesteuerte Oxidationsprozesse bei entsprechend hohen

to Temperaturen erforderlich, zwischen denen die Ätzmaskierungsschicht aus Photolack entfernt werden muß.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des anliegen-

hj den Anspruchs I die Dicke der Maskierung auf einfachere Weise einzustellen, als es in der DE-AS 24 53 134 beschrieben wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil

des anliegenden Anspruchs 1 genannten Verfahrensmaßnahmen gelöst.

Beim Verfahren der Erfindung wird also der erste Planardiffusionsprozeß mit einer gesteuerten Diffusion kombiniert, so daß nicht nur eine Entfernung der Ätzmaskierungsschicht sondern auch die gesteuerte Oxidation zur Einstellung der Dicke der Maskierung entbehrlich wird.

Obwohl die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung nicht nur bei der Herstellung von monoli- ι« thisch integrierten I²L-Schaltungen mit mindestens einen;· bipolaren Analogschaltungsteil vorteilhaft ist, wird im folgenden das Verfahren der Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Anwendung auf die Herstellung einer solchen monolithisch i> integrierten I²L-Schaltung mit einem bipolaren Analogschaltungsteil anhand der Zeichnung beschrieben, deren F i g. 1 bis 8 zur Erläuterung der aufeinanderfolgenden Arbeitsprozesse eines Verfahrens mit den Merkmalen der Erfindung dienen und Querschnittsteilansichten 2» durch eine Halbleiterplatte zeigen.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ojs Verfahrens nach der Erfindung wird von einem plattenförmigen Halbleiterkörper gemäß der F ig. 1 ausgegangen.

Die Figuren werden von einer gestrichelten Linie 2> durchzogen, womit schematisch angedeutet werden soll, daß sich links der gestrichelten Linie der PL-Schaltungsteil A erstreckt und rechts der gestrichelten Linie sich daran der bipolare Analogschaltungsteil B anschließt, i«

Die Fig. 1 zeigt in Querschnittsansicht eine Halbleiterplatte, welche aus einer p-dotierten Substratplatte 13 besteht, auf der eine η-dotierte Epitaxschicht 12 aufgebracht ist. In die Substratplatte 13 werden unterhalb der noch herzustellenden Transistorstruktu- r> ren die n⁺-dotierten Zwischenschichten 16 und 17 unter Anwendung des allgemein bekannten Planardiffusionsprozesses vor dem Aufbringen der Epitaxschicht 12 eindiffundiert. Die freiliegende Oberflächenseite 4 der Epitaxschich. 12 erhält die Maskierungsschicht 1 ^w bestimmter Dicke 10, was vorzugsweise durch gesteuerte Oxydation der aus Silicium bestehenden Epitaxschicht 1 erreicht werden kann.

Dann wird zur Vorbereitung des ersten Planardiffusionsprozesses in der Maskierungsschicht 1 das erste ⁴"' Diffusionsfcinster 3 geöffnet, Dotieiimgsmaterial vom Leitungstyp der Substratplatte 13 aufgebracht, gemäß der F i g. 2 vordiffundiert und der erste Planardiffusionsprozeß mit einer gesteuerten Oxydation der im ersten Diffusionsfenster 3 freiliegenden Halbleiteroberfläche '"' durchgeführt. Dabei entsteht innerhalb des ersten Diffusionsionsters 3 eine erste Oxidschicht 6 und auf der anderen freigelegten Oberflächenseite 5 eine zweite Oxidschicht 18, wie die Fig.3 veranschaulicht. Diese beiden Oxidschichten 6 und 18 besitzen natürlich die "'"> gleiche Dicke 7 bzw. T. Während des ersten Planardiffusionsprozesses wird im übrigen beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Isolationszone 2 vom Leitungstyp der Substratplatte 13 in die Epitaxschicht 12 diffundiert. «j

Nun erfolgt das Aufbringen der Ätzmaskierungsschicht 11 mit einer Öffnung entsprechend der Struktur des zweiten Diffusionsfensters 2 auf die Maskierungsschicht 1. Beim Alisführungsbeispiel wird noch ein weiteres Diffusionsfenster 2' für einen driuen. zeitlich *" zwischen dem ersten und zweiten Diffusionsprozeß erfolgenden Diffusionsp ozeß geöffnet. Dieser dritte Diffusionsprozeß hat zum Ziel, die Dicke der Basiszone 14 im Analogschaltungsteil B gegenüber der Dicke der Basiszone 15 im I²L-Schaltungsteil A zu vergrößern.

Anschließend wird die Halbleiterplatte einer Ätzbehandlung so lange unterworfen, bis die andere Oberflächenseite 5 freigelegt ist, wie die Fig.4 zeigt. Dies kann unter augenscheinlicher Kontrolle geschehen, wobei beispielsweise zu beobachten ist, wie das Ätzmittel die freizulegende Seite benetzt und abperlt. Ist nun die andere Oberflächenseite 5 freigelegt, dann entspricht die Dicke 8 der Maskierungen 9 und 9' innerhalb der Diffusionsfenster 2 und 2' der Dicke 10 der Maskierungsschicht 1 abzüglich der Oxidschichtdicke 7, die der Dicke T der zweiten Oxidschicht 17 entspricht Auf diese Weise wird es möglich, die Dicke 8 der Maskierung 9 auf einfache Weise mit großer Genauigkeit auf eine bestimmte Dicke 8 einzustellen.

Die Einstellung einer bestimmter. Dicke der Maskierung 9 im I²L-Schaltungsteil A einer monolithisch integrierten I²L-Schaltung mil einem PL-Schaltungsteil A und einem Analogschaltungsteil P ist von besonderer Wichtigkeit, da die Planartransistoren im Analogschaltungsteil B eine einstellbar größere Basisdicke aufweisen müssen als die Basisdicke der Transistoren im I²L-Schaltungsteil, wenn reproduzierbar große Stromverstärkungswerte im I²L-Schaltungsteil erhalten werden sollen.

Gemäß der F i g. 5 wird beim Anwendungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung dann auf die Ätzmaskierungsschicht 11 eine wehere Ätzmaskierungsschicht 19 aufgebracht, welche eine sich mit dem weiteren Diffusionsfenster 2' deckende Öffnung aufweist. Da die Ätzmaskierungsschicht 11 nicht entfernt wurde, ergibt sich ein besonders dichter Schutz bei der anschließenden Behandlung in einem Ätzmittel zur Öffnung des weiteren Diffusionsfensters 2'. Abgesehen von diesem Vorteil wird auch der bei dem Verfahren der eingangs genannten DE-AS 24 53 134 erforderliche zusätzliche Prozeß einer gezielten Oxydition eingespart.

Die beiden Ätzmaskierungsschichten ti und 19 we·· den anschließend entfernt und über die gesamte Anordnung einer Borglasurschichl 20 als Quelle einer Bordiffusion aufgebracht. Dann erfolgt ein Vordiffusionsprozeß, so daß innerhalb des weiteren Diffusionsfensters 2' eine Vordiffusionsschicht 21 entsteht, während eine Vordiffusion innerhalb des zweiten Diffusionsfensters 2 durch die Maskierung 9 verhindert ist, wie die F i g. 6 veranschaulicht. Das Dotierungsmaterial wird bei diesem Vordiffusionsprozeß mit einer ersten Konzentration aufgebracht.

Anschließend wird die Halbleiterplatte in einem solchen Ätzmittel durch Tauchätzung behandelt, daß sowoh! überschüssiges Dotierungsmaterial, d. h. die Borglasurschicht 20 entfernt, als auch die Halbleiteroberfläche innerhalb des ersten Diffusio.isfensters 2 freigelegt wird, wie die F i g. 7 veranschaulicht.

Dann wird Dotierungsmaterial in Form einer weiteren Borglasurschicht mit einer zweiten Konzentration aufgebracht und der zweite Diffusionsprozeß durchgeführt, so daß eine Anordnung gemäß der F i g. 8 mit einer dünneren Basiszone 15 im PL-Teil A und einer dickeren Basiszone 14 im Analogteil Verhalten wird.

Schließlich erfolgt die Emilterdiffusion zur Herstellung der Emitierzonen im Analogteil B und der Kollektorzonen im S³L-TcU A. Beide Teile trennt die Isolierzone 22. die sich durch die Epitaxschicht 12 erslreckt, welche auf der Substratplatte des einen Leilungstyps. beim Atisfühmngsbeispiel des P-Leitungs-

typs. angeordnet ist. einfache Weise die kontrollierte Herstellung von

In der Praxis werden gleichzeitig solche monolithisch Maskierungen bestimmter Dicke erlaubt, sofern zwei

integrierten Schaltungen gemäß Fi g. 8 in der Mehrzahl Planardiffusionsprozesse erforderlich sind, ist eine

mit einer beliebigen Anzahl von Basiszonen an einer in Anwendung auch zur Herstellung von integrierten

die einzelnen Schaltungspliittchen zu zerteilenden , Schaltungen mit MOSFeldeffekttransistoren von Vor-

Halbleiterplatte hergestellt. Da das anhand der (_Cj|,
Fig. 1—8 beschriebene Planardiffusionsverfahren auf

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Planardiffusionsverfahren mit mindestens zwei aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen durch je mindestens ein Diffusionsfenster einer auf der einen Oberflächenseite einer Halbleiterplatte aufgebrachten Maskierungsschicht, von welchen Diffusionsfenstern das zweite für den zweiten Diffusionsprozeß erforderliche mit einer Maskierung von einer Dicke weniger als die Dicke der Maskierungsschicht geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet,

daß in einer auf der einen Oberflächenseite (4) aufgebrachten Maskierungsschicht (1) bestimmter Dicke (10) vor dem Herstellen des zweiten Diffusionsfensters (2) das erste Diffusionsfenster (3) des ersten Planardiffusionsprozesses geöffnet wird,

daß dann der erste Planardiffusionsprozeß mit einer gesteuerten Oxydation der im ersten Diffusionstenster (3) freiliegenden Haibleileroberfläche unter Ausbildung einer ersten Oxidschicht (6) bestimmter Oxidschichtdicke (7) erfolgt, wobei auf der anderen freigelegten Oberflächenseite (5) eine zweite Oxidschicht (18) gleicher Dicke (7') entgeht,
daß eine Ätzmaskierungsschicht (11) mit einer Öffnung entsprechend der Struktur des zweiten Diffusionsfensters (2) auf die Maskierungsschicht (1) aufgetragen wird und
daß dann Jie Halbleiterplatte einer Ätzbehandlung so lange unterworfen wird, bis die andere Oberflächenseiie (5) freigelegt ist und die Dicke (8) der Maskierung (3) ck~ Dicke (10) der Maskierungsschicht (1) abzüglich der Oxidschichtdicke (7, T) entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß nach dem ersten Planardiffusionsprozeß in der Maskierungsschicht (1) mindestens rin weiteres Diffusionsfenster (2') für einen dritten, zeitlich zwischen dem ersten und zweiten Diffusionsprozeß erfolgenden Diffusionsprozeß geöffnet wird,

daß nach der Ätzbehand'.ung die Maskierung (9') innerhalb des weiteren Diffusionsfensters (2') entfernt wird,

daß Dotierungsmaterial (20) mit einer ersten Konzentration aufgebracht und der dritte Diffusionsprozeß vorgenommen wird,
daß die Halbleiterplatte in einem solchen Ätzmittel behandelt wird, daß sowohl überschüssiges Dotierungsmaterials als auch die Halbleiteroberfläche innerhalb des ersten Diffusionsfensters (2) freigelegt wird, und
daß dann Dotierungsmaterial mit einer zweiten Konzentration aufgebracht wird und der zweite Diffusionsprozeß erfolgt.

3. Planardiffusionsverfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Planardiffusionsprozeß eine Diffusion von Dotierungen des einen Leitungstyps in oder durch eine Epitaxschicht (12) des anderen Leitungstyps auf einer Substratplatte (13) des einen Leitungslyps erfolgt.

4. Planardiffusionsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Planardiffusionsprozeß eine Diffusion von Dotierungen des einen Leitungstyps in oder durch eine Epitaxschicht (12) des anderen Leitungstyps auf einer Substratplatte (13) des einen Leitungstyps erfolgt, daß danach im dritten Planardiffusionsprozeß die Basiszone (14) des Planartransistors im Analogteil (B) einer

ίο monolithisch integrierten I²L-Schaltung vordiffundiert wird und daß dann beim zweiten Planardiffusionsprozeß die Basiszone (14) des Planartransistors im Analogteil (B) und die Basiszone (15) eines Planartransistors im PL-Teil (^diffundiert werden.