DE1264619C2

DE1264619C2 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, insbesondere aus Silizium, einer Silizium-Germanium-Legierung oder aus Siliziumkarbid

Info

Publication number: DE1264619C2
Application number: DE1965S0097677
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Helmut Gueckel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1965-06-18
Filing date: 1965-06-18
Publication date: 1968-10-10
Also published as: DE1264619B

Description

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Berührung gebracht. Wesentlich für die Auswahl des Esessungea sind nicht kritisch. Es ist jedoch festeu- Boäeningsstoffes ist noch, daß das in ihm enthaltene stellen, daß dieses der Kontrolle der Emhteraäzuag

dotierende Element durch die SiO_£-MasMerung zu- dienende Testfeoster S, das den Ober@ächenteil B des

rückgehalten wird, so daß ein Eiindißundieren in den Halbleiters freigibt, auf keinen FaO sieh auf die etek-

Halbleiter nur an SiOj-freien Stellen, insbesondere 5 trischen Eigenschaften des Bauelementes nach der

an der Stelle des Fensters 3, möglich ist, Herstellung störend auswirken darf. Das Testfeaster 9

Durch den bei diesem Diffusiossproeeß frei wer- ist a!so so weh entfernt von der Basiszone an der denden Sauerstoff (das Behandlungsgas enthält ge- Halbleiteroberfläche anzuordnen, daß durch dieses wohnlich keinen freien oder nur sehr wenig freien Fenster eingedrungenes Störstelfenmaterial nicht Sauerstoff; an der Halbleiteroberfläche wird jedoch io stört und gegebenenfalls durch Wegschneiden des die dotierende Verbindung unter Entstehung von Teiles mit dem Testfeaster 9 entfernt weiden kann, freiem Sauerstoff umgesetzt) wird an der Stelle des Ein Teil !1 tier durch das Testfenster frei gelassenen Fensters3 erneut eine SiO_?-Schkht5 gebildet, wc- Halbleiteroberfläche/* wird mit einer gegen Oxydurch jedoch bekanntlich die Entstehung der Dotie- dation schützenden Maskierung !0 bedeckt rung für die Basiszone nicht unterbunden wird. Der 15 Nach dem ersten Arbeitsschritt und nach dem Aufbeschriebene Vorgang ist als Arbeitsschritt 1 im Sinn bringen der maskierenden Schicht ίβ an der Oberder Erfindung aufzufassen. Man erhält durch ihn den fläche des Halbleiters an der Stclie B erhält man dk in Fi g. 1 dargesteiften Zustand. in der F i g. 3 von oben und in der F i g. 4 im Schnitt

Den zweiten Arbeitsschritt bildet die Herstellung dargestellten Verhältnisse. Nach dem zweiten Arbeitsdes Emitters. Zu diesem Zweck wird, wie in der Pia- 30 schritt und der Entfernung der Schutzschicht 10 folgt na.technik üblich, an der Oberfläche der Basiszone 4 die in der F i g. 5 dargestellte Situation, die ein wicttin der Oxydschicht 5 ein — im Vergleich zum Fen- tiges TcJlzicJ des yoriifLvndcn Verfahrens darsiellf. stcr 3 kleineres — Fenster 6 eingeätzt, durch welches Wesentlich ist, daß die an den Oberfläcbcnteiien A der Oberflächenteil A freigelegt und die Lage der und 8 aufgewachsenen SK >,-Schichten exakt dieselbe • Emitterzone bestimmt wird. Durch dieses Fenstern as Dicke aufweisen und diese Dicke auch bis zu dem wird ein den Leitungsryp des Grundmaterials erzeu- der Kontaktierung des Fmitiers dienenden Abtragendes Dotierungsmaterial eindiffundiert, wobei das gungsvorgang unverändert beibehalten. Dotierungsmaterial wiederum in Form eines Oxydes Statt des bisher beschriebenen Verfahrens Ear Herangewendet und derart ausgewählt wird, daß es von stellung der in Fig. 5 dargestellten Situation kann der SiOg-Maskierung zurückgehalten wild. Die Folge 3c man auch in Abänderung des bisher beschriebenen dieses Diffusionsprozesses ist die Emitterzone 7, die Verfahrens folgendermaßen vorgehen: wiederum mit einer neuen Oxydschicht 8 bedeckt ist. Statt wie in Fi g. 3 eine gegen die Oxydation des Dieser Zustand ist in Fig. 2 dargestellt. Oberflachenteiles.il schürende Maskierung !0 auf-

Nun ergibt sich die Aufgabe, den Emitter zu kon- zubringen, kann man - mitunter vorteilhafter (weit

taktieren. Es muß also in der Oxydschicht erneut ein 35 die schwierig zu erhaltende Maskierung IO entfällt) -»-

Fenster unter Entfernung eines Teiles der Oxyd- zunächst den gesamten Obcrflächenteii B in gleichet

schicht S eingeätzt werden, wobei die eingangs be- Weise wie den Oberflächenteil A dem nut dem zwei»

schriebenen Probleme auftreten. ten Arbeitsgang verbundenen Oxydationsprozeß

Um reproduzierbar lokalisierte Ätzvonjünge zu er- unterwerfen. Dann wird auf die entstandene, in die-

reichen, wendet man üblicherweise in der Halbleiter- 40 sem Fall den gesamten Oberflächenteü B bedeckende

technik Atzmasken aus Photolack an, die durch Oxydschicht oberhalb des Teiles 12 eine Ätzmaske,

definiertes Belichten und Entwickeln eine? aus Photo- z. B. aus Photolack, aufgebracht und die Oxydschicht

lack bestehenden, auf die zu ätzende Oberfläche auf- oberhalb des Teiles 11 bis zum Halbleitermaterial und

gebrachten Photolackschicht entstehen (Photoütho- gegebeneofalls in dieses hinein weggeätzt. Nach Ent-

graphic). Diese Masken haften an der Unterlage fest 45 terming der Photolackmaske durch bekannte geeig-

und sind gegen die in der Halbleitertechnik üblichen nete Lösungsmittel ixt. wiederum genau die in Fig. 5

Ätzmittel genügend widerstandsfähig, um die dar- dargestellte Situation entstanden. Dementsprechend

unterliegende Oberfläche gegen den Atzangriff zu besieht eine Abwandlung des vorliegenden Verfah-

schützcn. Dieser beschränkt sich deshalb auf dtejeni- rens zur Herstellung einer Halbleiteranordnung aus

gen Teile der zu behandelnden Fläche, an welcher die so Silizium oder Siliziumkatbid, bei dem infolge von

Photolackschicht infolge der Belichtung und der Ent- Oxydation der Halbleiteroberfläche während eines

wicklung wieder entfernt wurde. Die Anwendung der ersten und während eines zweiten Arbeitsschrittes an

Photolack technik liefert gute Ergebnisse. Ihre An- der Halbleiteroberfläche eine festheftend« SiOj-

wcndung wird jedoch um so schwieriger, je kleiner Schicht gebildet und ein Teil α der während des zwei-

dic auszuätzenden Fenster sind. Bei der Pianartech- 55 ten Arbeitsschrittes unmittelbar auf einem nicht mit

nik, der Herstellung von Halbleiteranordnungen für SiO, bedeckten Oberflächaateil A des Halbleiters auf-

besundcrs hohe Frequenzen und daher besonders käei- gewachsenen SiO_t~Schicht bis zu dem darunterliegen-

ncn Diffusionsfenstern, treten derartige Sehwierigkei- den Halbleitermaterial wieder abgetragen wird, darin,

ten bei der Kontaktierung der Emitter in besonderem daß cm weiterer, nach dem ersten Arbeiteschritt in

Ausmaß auf. «o SiO_t-freiem Zustand vorliegender, von dem OberflS- Hier setzen nun die Maßnahmen nach der Erfin- 'dientet! A durch einen mit einer verbleibenden SK)₁-

dung ein. Ak erste dieser Maßnahmen wird gleich- Schicht bedeckten Bereich getrennter Teil B der

zeitig mit dem Fenster 6 ein weiteres — im allgemei- Halbleiteroberfläche dem wählend des zweiten Ar-

nen größeres — Fenster in die SiO_t-Schicht nach dem beitsschrittee stattfindenden Oxydßtionsvorgaag unter

ersten Arbeitsschritt ■— also im Beispielsfall nach es den gleichen Bedingungen wie der OberflächenteiM

dem Eindiffundieren der Basiszone — eingeätzt, das unterworfen und ein Teil der auf dem Obcfflaeben-

bis zum Halbleitermaterial durchgeht. Dieses Fenster teil B erzeugten Oxydschicht ohne jede Vennüide-

ist in den Zeichnungen mit 9 bezeichnet Seine Ab- rung der Dicke der übrigen auf de» Oberfläcbentei·

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«en A und B aufgewachsenen Oxydschichten mindestens bis sue Halbleiteroberfläche abgeätzt wird und daß schließlich der zur Entfernung des Teilesa der dsn Oberflächenteil A bedeckenden SiO₂-Schichi dienende Abtragungsvorgang im Augenblick des Verschwindens des optischen Unterschiedes der beiden dem gleichen Abtragungävorgang unterworfenen Teile des Oberrlächenteiles S abgebrochen wird.

Der im Anschluß an die in der Fig. 5 dargestellten Verhältnisse erfolgende Abtragungsvorgang durch Einwirkung eines an sich bekannten Ätzmittels zur Entfernung des die Emitteroberfläche an der Stelle A bedeckenden Teiles α des Oxydes (die beim zweiten Arbeitsgang entstandene Oxidschicht 8) und die auf dem Oberflächenteil Il aufgewachsenen Teilt dieser Oxydschicht 8 wird gleichseitig an beiden Stellen A und B in genau der gleichen Weise durchgeführt. Da die Teiie der Oxydschicht 8 an tlen Oberflächenteilen A und B genau die gleiche Stärke aufweisen, werden zur vollständigen Abtragung tier beiden Teile der Oxidschicht 8 auch genau die gleichen Zeiten benötigt. Der Augenblick ties erfolgten Abtrageus der SiOj-Schicli! 8 läßt sich aber an dem Testfenster 9 im V rglcich mit der nicht mit SKX₁ bedeckten Oberflächciistclle 11 wesentlich leichter und genauer beobachten, als dies an der Obcrfiächenstelle A möglich ist. Man erhalt die in Fig. 6 dargestellten endgültig angestrebten Verhältnisse. Zur Kontaktierung der F.snilterzone wird ein K.ontaktierungsmetall 13 entweder selektiv auf die freigelegte Oberfläche Λ oder ganzflächig aufgedampft. Im weiteren Fall muß dann J?s überschüssige Metall, ι. B. Aluminium, wieder entfernt werden. Das geschieht zweckmäßig wieder mittels Verwendung einer Photolackrnaske, wobei genau die geometrischen Verhältnisse, wie sie beim Ausätzen des Emitterfenstcrs 6 vorlagen, Anwendung finden können. Im Gegensatz zum Ausätzen des l-'mittcrfensters muß jedoch nunmehr der Photolack oberhalb der Emitterkontuktierung 13 erhalten bleibet!, während er an tien übrigen Stellen zu entfernen ist. Uazu verwendet man ein Atzmittel, welches zwar das überschüssige Kontaktierungsmetal! löst, aber das SiO₁ der Maskierung sowie den Photolack möglichst wenig angreift. Für Aluminium als Kontakticrungsmciall haben sich wäßrige Lösungen von Alkalikarbonat, z. B. Na₈CO₁ oder (NH₄J₂CO., oder stark verdünnte Alkalilauge bewährt, weiche das SiO₁, im Gegensatz zu dem Aluminium nur wenig angreifen. Natürlich müssen bei einem solchen Verfahren die den Emitter bedeckenden Teile der aufgedampften Metallschicht vor dem Atzvorgang geschützt werden, so daß eine genaue Justierung des Photolacks bzw. dessen Belichtung erforderlich ist. Die hierzu dienlichen Mittel sind allgemein bekannt.

Die Beobachtung des Verschwindens des optischen Unterschiedes zwischen den beiden Teilen des Testfensters 9 erfolgt dementsprechend zweckmäßig an der Grenze, zwischen dem mit dem SiO₈ bedeckten (8) und dem oxydfreien Teil 11 im Testfenster 9. Da das vorliegende Verfahren zweckmäßig von der Möglichkeit durch die Verwendung genügend großer Testfenster von einer erleichterten Möglichkeit der optischen Beobachtung Gebrauch macht, können die Beobachtungen mit schwachen, d. h. eine größere Entfernung zwischen dem Beobachtungsobjekt und dem Objektiv erlaubenden Mikroskopen vorgenommen werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit, den Abtragungsvorgang der Oxidschicht 8 an der Steile B unmittelbar während des Ätzvorganges zu beobachten, ohne das Werkstück aus dem Atzbad herausnehmen zu müssen.
Als ausgezeichneter Indikator kann der Helligkeitsunterschied zwischen dem mit Oxyd bedeckten Teil 12 und dem oxydfreien Teil 11 am Grund des Testfensters 9 (dem Oberflächenteii B des Halbleiters) herangezogeo werden, Eine weitere Möglichkeit bietet gegebenenfalls das Verschwinden von Interferenzfarben an dem mit Oxyd bedeckten Teil, das sich gegen den keine Interffirenzfarben aufweisenden, nicht mit SiO, bedeckten Teil der Oberfläche/? deutlich abhebt. '

Durch das vorliegende Verfahren wird erreicht, daß genau der während des zweiten Arbt itsschriöc«; aufgewachsene Teil der SiO.,-Schicht abgeätzt wird, ohne daß vorher entstandene Oxydschichien oder Halbleitermaterial entfernt werden. Bei dem beschriebenen. Hei spiel erhält man eine dnwaiK'li-Ί reprodu-

2»-zierhare Kontaktfläche des ümitters, nlm-. daß der pn■ Ol'crgang /wischen Fmtttcr urul Haμ - des SiO_;-ScIiul/.es bcraubi wird. Diibci i->i i:s Tür Δ'κ weile Variante des vorliegenden Verfahrens wescn»iith. daß im Teilgebiet B der Halbleiteroberfläche /wischen den beiden Teilen Il und 12 keine Stute entsteht, was die Genauigkeit der Kontrolle erhöht.

Für den Fall, daß das vorliegende VeMahrcn auf die Ti.:d3!iik der gleichmäßigen Herstellung einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen auf einer einzigen Halbleiterscheibe angewendet wird, kann gegebenenfalls ein Testfenster genügen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, insbesondere aus Silizium, einer Silizium-Germanium-Legierung oder aus Siliziumkarbid, bei dem infolge von Oxydation der Halbleiteroberfläche während eines ersten und während eines zweiten Arbeitsschrittes an tier Halbleiteroberfläche eine festhaftende SiO.-Schicht gebildet und ein Teil (α), der während des zweiten Arbeitsschrittes unmittelbar auf einem nicht mit SiO₂ bedeckten Oberflächenteii (A) des Halbleiters aufgewachsenen SiO^-Schichi bis zu dem darunterliegenden Halbleitermaterial wieder ab getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilgebiet eines weiteren, nach dem ersten Arbeitsschritt ebenfalls in SiO₂-freiem Zustand vorliegenden, von dem Oberflächenteil (A) durch einen mit einer verbleibenden SiO₃-Schicht bedeckten Bereich getrennten Teil (B) der Halbleiteroberfläche dem während des zweiten Arbeitsschritr.es stattfindenden Oxydationsproztß unter gleichen Bedingungen wie der Oberflächenteii 04) unterworfen wird, während der Rest des Oberflächenteiles (B) diesem Oxydationsprozeß nicht ausgesetzt ist, und dann der zur Entfernung des Teiles (α) der den Oberflächenteil (A) bedekkenden SiO_t-Schicht dienende Abtragungsvorgang im Augenblick des Verschwindens des optischen Unterschiedes der beiden dem gleichen Abtragungsvorgang unterworfenen Teilgebiete des Oberiiächenteiles (S) abgebrochen wird.

2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung aus Silizium, Süizium—Germanium oder Siliziumkarbid, bei dem infolge von Oxyds-

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tion der Halbleiteroberfläche wahrend eines ersten und während eines zweiten Arbeitsschrittes an der Halbleiteroberfläche eine festhaftende SiO₂-Schicht gebildet und ein Teil (a) der während des zweiten Arbeitsschrittes unmittelbar auf einem S nicht mi? SiO₂ bedeckten Oberflächenteil {A) des Halbleiters aufgewachsenen SiO,-Schicht bis zu dem darunterliegenden Halbleitermaterial wieder abgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer, nach dem ersten Arbeitsscheu eben- ;o falls in SiO₂-freieni Zustand vorliegender, von dem Oberfiüchenteil [A) durch einen mit einer verbleibenden SiOj-Schicht bedeckten Bereich gc^ trenntcr Teil (B) der Halbleiteroberfläche dem während des zweiten Arbeitsschrittes stattfindenden Oxydationsprozeß unter gleichen Bedingungen wie der OberfiächenteiiM) unterworfen und ein Teil der auf dem Oberflächenteil (B) erzeugten Oxydschicht ohne jede Verminderung der Dicke der den übrigen Obernächenieii (B) bedeckender. *o Oxydschicht mindestens bis zur Halbleiteroberfläche abgetragen wird, und dann schließlich der zur Entfernung des Teiles («). der den Oberflächenteil (A) bedeckendes SiOj-Schichi dienende Abtragungsvorgang im Augenblick des Verschwin- »5 dcns des optischen Unterschiedes der beiden dem gleichen Abtragungsvorgang Teilgebiete des Oberfl'achcnteiles (B) abgebrochen wird.

3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung beim Kontaktieren der Emitterzone eines PUnartran&iUors.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Arbcitsschritt und als zweiter Arbeilsschritt je ein mit einem oxydierend wirkenden gasförmigen Dotierungsmittel durchgeführten Dfffusionsprozeß zur Erzeugung von Zonen unterschiedlichen Leitungstyp angewendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß zum selektiven Abitzen der SüO_t-Schicht ein photolithographische 1 Prozeß verwendet wird.

υ. Verfahren üeCu eisest def Ansprüche ! bis. 5 dadurch gekennzeichnet, daß der durch ein Test fenster in der SiO.-Schicht freigelegte, zum Teil mit der unverminderten, beim zwehen Arbcits schritt aufgewachsenen SiO_t-Sch:cht bedeckte zum anderen Teil in SiOj-freiem Zustand vorlic gcmie Oberflächenteil [B) während des Atzvor ganges auf das Verschwinden des Heiügkeits unterschiede seiner beiden Teile (It, 12) bzw auf das Verschwinden des oxydierten Teiles ge prüft wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patemschriften Nr. 3 025 589, 3184 657.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

3.66

i Berlin