DE1614391A1 - Mehrfach-Halbleiteranordnung - Google Patents

Description

Stuttgarts e«m 16» Oktober T967 P 1670 S/kg

Hal bl e i t e ran©rörmiig

Y±e%%a.hl - wm aktiven Halbleiteffbeireishen aufv/els-t _s - äie einander- dm-sh -aielektrissfaes Material getrennt sind ο l>ie ^

Srf3.ad\mg \i3sie5it steh inabeeonder-e auf qqIqIi®) Än©ränung©n_E ii äenrni dss iaaliereriile dielektrisehe Material τοη eihera

polykristallinen Efiltför gebildet wird₈ der die aktiven in äßT 'Q&ii$tig ten Zusammsnateilung trägt =

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Halbleitöranörcnungen weiten eft zwei ader mehr aktive Bereiche auf\ die gegeneinander elektrisch isoliert sein müsserij damit sie ordentlich fxmktionieren, Beispielsweise kann eine solohe Anordnung einen Transistor und einen Widerstand umfassen, die elektrisch isoliert zueinander auf einem Träger angeordnet sind? der häufig die ]?orm einer dielektrischen Matrix oder eines Halters annimmt₅ auf der bzw, dem getrennte aktive Bereiche in ?orm von Punkten ©der Inseln in geeignetejn Abstand angebracht sind; In andecea Fällen weist die Anordnung eine Matrix aus Halb = leitermaterial auf _? öle die aktiven Bereiche in ihrem Körper tnthält, Die aktiTen Bereiohe sind dann voneinander äureh eladiffundierte oder eingelassene kanalartigs Bereiche aus d«ai reinen Halbleitermaterial oder einem äialektrischen Ms.t-e:ciai anderer Leitfähigkeit, In nech anderen Fällan air;.d dl3 akb Iren Bereiche inne':,'ha31; der Matrix ade^ des Körpere d\, roh LuftBpaXten isoliert, da duroh Atzen oäer andere Techniken der MaterialabtTagung gebildet worden aind^

Eine fortschrittliohere Tschnik der Herstellung isolierter aktiver Bereishe in einer Halbleiteranordnung besteht darin_; ein aus einem ausgewählten Einkrietall~Material "bestehendes Plättchen auf einem dicken polykristallinen Ealtar zu befestigen und danach die Bereiche durch Ätzen voneinander

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zu trennen, εο daß die Bereiche als im Abstand vonein= ander angeordnete Punkte oder Inaein auf dar Oberfläche des Halters ers&ii^inei;. Bei der Bearbeitung solcher Anordnungen werden ,jedcseh häufig relativ hohe iemperaturen aiigewendet; wie beispielsweise bei der thermischen Er= zeugung γόη Oxidschichten auf der Oberfläche der Anordnung_o Die Wärmebehandlung wird im allgemeinen von einer starken Abkühlung gefolgt. Hierdurch können sich Deformationen in der Struktur ergeben, die auf die verschiedenen Ausdehnungs« keeffizisnten des Einkristall-Materials und des polykristallinen Materials surücksuführen sinö_s Solche Deformationen führen häufig zu einer Aufwölbung der Anordnung _s die es sehr schwierig macht _s danach die Oberfläche des Einkristalles gleichförmig zu läppen, zu schleifen oder auf andere Weise zu bearbeitenj um eine gleichförmig dieke Schicht herzu= stel.ien^ in der die aktiven Komponenten gebildet werden können,

Dünne polykrietalline Werkstoffe haben sich weiterhin ins=- gesamt als zu schwach erwiesen; um als Halter für Anordnungen der beschriebenen Art zu dienen^ Ea hat sich herausgestellt_s daß diese Materialien häufig brechen_? wenn sie den Drücken ausgesetzt warden_f die bei der mechanischen Bearbeitung der

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Anordnungen auftreten« Die Abscheidung eines polykristallinen Werkstoffes in einer Dicke_? die sie für die Ver= v/endung als Halter geeignet maehte₃ ist jedooh relatir langwierig und es nimmt die Qualität der Abscheidung mit zuafifemendsr Dick© ab_£ Dies führt zu Knoten? Kuppen und sonstigen Unregelmäßigkeiten* die durch weitere Be=- arbeitmigaschritte entfernt werden müssen₉ damit die gis-=· wünschte Oberflächen»Planfceit erreicht wirdo

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde_s die behandelten Nachteile der bekannten Anordnung zu Termeiden_c Zu dleesm Zv/eok infteht die Erfindung von einer dünnen polykristallinen Schicht Gebrauchs die nur einen sehr dünnen Träger für dia aktiTen Bereiche bildet und durch die alle oben behandelten Nachteile dez· bekannten Anordnungen überwunden werden=, Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der Struktur ihre Festigkeit von einem durchlaufenden Gitter aus Einkristall-Material erteilt, das die aktiven Bereiche umgibt und mit dem polykristallinen Halter Terbunden ist und diesen Halter während der Herstellung der einzelnen aktiven Regionen verstärkt ο Das Gitter wird danach an bestimmten Stellen,, die den Halter überdecken, entfernt, um die einzelnen aktiren

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Bereiche elektrisch zu isolieren,, Das Entfernen der Gitterteils kann durch ©ine Prägisions~A*tjrang erfolgeno Auf dieas Weis© wird die Notwendigkeit iur Bestimmung dar 'Dioke des Einkristallea dursh nur schwierig zu überwachende mechanische Kethoöen_e wie Läppen und Polieren Term±eden_o

Weitere Einsslheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Seiohnung dargestellten Ausführungsbeiapiele näher beschrieben und erläutert wird«. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sieh oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung findenα Es zeigen;

Figo 1 eine isometrisohe AnaiGht eines Teilstückea tinas Anordnung nash der Erfindung mit aktit-an Bereichen

Pig» 2 eine Isometrigöhe Ansiaht einea Teilatückea einer Anordnung naob der Erfindung mit aktiven Bereichen •vom Planartyps

Figo 3 sin Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch zwei Ta Bereiühe dor Anordnung nach Figo 1 _t

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Fig-, 4 ©in Querschnitt in vergrößertem Maßstab durch zwei aktiTe Bereiche der Anordnung nach Fig= 2_t

Figo 5 bis 9 schematisshe Schnitte zur Veransehauliohung der Terschiedenen Verfahrensstufen bei dar Herstellung einer Halbleiteranordnung des in Fig, 1 dargestelltan Typs_s

Fig» 10 ein vergrößerter Querschnitt eines einsigen vollständigen aktiven Bereiches vom Mosatyp der Anordnung nach FIg₀ 1 und

Fig« 11 bis 13 sohematische Schnitte zur Veranschaulichung

äer Verfahrenesohritte bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung des in Figo 2 dargestellten Typs_o

Auf dem in Figo 1 dargestellten Abschnitt eines Halbleiter= Plättchens 10 wurde gemäß der Erfindung eine Anzahl von aktiven Bereichen 12 vom Meaa-Typ gebildete Die aktiTen Bereiche oder Einheiten bestehen jeweils aus einer Insel vom Mesa-Typf die später zur Bildung von Dioden, Traneistoren, Widerständen od^dglo mit zwei oder drei Elektroden

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wird? wie es später"n^tih beschrieben werden wird. DAe aktiTon Bereiche oder Inseln werden yon einer Lage ;4 aus polykristallinen Siliaiura-MateriaX und einer dielektrischen gwieeiiensöhicht 15 aus Oxid getragen und isoliert und in der dargestellten festen räumSinhen Beziehung gehalten.

Die elKsn Träger bildende polykristalline Schicht 14 ist gemäß der Erfindung relativ dünne Die aktiven Bereiche 12, "bestehen jeweils aus einer N-Einkrlstalleohioht 16 > auf äexsinn eine epitaxial abgeschiedene lh-Schicht 18 "befindeti Die Elektroden für jeden akti-'θπ Bersich werden innerhalb ßer !-Schicht 18 gebildet₇ wie as später anhand Figo 7 beschrieben werden wird ο

dünne polykrfstalline Schicht H wird durch die Öx±üscliieht 15 Terstärktc Me gesamte Tragstruktur wird v/e:i.t@r '-"en- einsm Gitter 20 Ytη Einkristall-Silizium verstärkt, das die aktiven Bereiche 12 umgibt* "n der Anordnung, nach Pig., hat das Grittsr 20 von den einzelnen aktiven Bereichen 12 einen Abstand, so daß die aktiven Bereiohe tatsäehlieh Mesa=» Inseln bilden« Im weitesten Sinne der Erfindung kann jedoch auch das umsoniießends (Mitar an die aktiven- Bereiche dicht anschließen, v/5-.e ea ^¹Ig c 2 s©ägt_? imä von diesen Bereichen furcä die Verlängerung .eüisr .ςί*©3eirtriaohsn Oxidsohioht

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isoliert sein, ss> daß eine Struktur entsteht_f in der dia Oberflächen der aktiven Bereiehe und der sie umgebenden Bereiche ©ine gemeinsame Ebene

Bei der Anordnung nach Figo 2 bestehen die aktiven Bereiche 22 aus Teilen einer ursprünglich durchgehenden ^Einkristall= Siiiziumsehichts die auf einer Seite mit geätzten Hohlräumen und einer Oxidschicht 24 versehen worden iatc In die Hohlräume ist ein Halbleitermaterial 26 vom N-2?yp abgeschiedene Die entgegengesetzte Seite der Schicht 22 ist danach en bestimmten Stellen bis zur Oxidschicht 24 ausgeätzt und mit einer Oxidschicht 28 bedeckt worden -, Die geätzten Bereiehe auf dieser Fläche sind mit einer dünnen Schicht aus poly= kristallinem Material 30 ausgefüllt worden? die einen Haltar für die Anordnung bildet_f der durch die Oxidschicht 28 und ein Gitter 32 aus Einkristall-Material verstärkt lst_f das dielektrisch von den aktiTen Bereichen durch eine Oxidschicht isoliert ist₃ In dieser Anordnung befinden sich die freien Oberfläehen der aktiTsn Bereiche 22 in einer gemeinsamst Ebene mit den sie umgebenden Bereichen- so daß eine dursh·» laufende Oberfläche entsteht* die- frei voa Unregelmäßigkeiten, ist und die Möglichkeit bietet. Kontakte au den Elektroden der aktiven Bereiehe durch übliche Metallisierungsverfahren herausteilen,

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Bei de» Herstellung einer Schaltung der in Figo 1 darge= stellt.?*a Art wird zuerst ein lingriffsteil-Silisiumplättchen hergestellt, das vorzugsweise einen spezifischen Widerstand won etwa Q₉O1JLem und weniger als etwa 2000 Versetzungen pro aufweis to Der &ristallblßsk_? aus dem das Plättchen ge- -

wonnen wird* -tfird in der £1 Od]-Eb©ne geschnitten und es wird in der β 00} »Ebene eine Fläche geschliffen.. Diese Fläche wird sur Ausrichtung in dsr richtigen kristallographischen Orientierung benutzt_P die für den noch zu beschreibenden Itzvurgang benötigt wird*. Das 'Plättchen wird durch übllahe Läpp-₁ Folierund Ätzverfahren auf die gewünschte Größe gebracht₈ beispielsweise auf eine Dicke von etwa 0_v15 mm und einen Durchmesser von etwa 25 aim*

Das Einferistall-Plättohen wird in ainer beliebigen bekannten Weise dotiert, um ihm die erwünschten Leitfähigkeits-Eigen« schäften vom K=- oder P-Typ zu verleihen_e Die Konzentration der Dotierung bestimmt den ge\fünschten spezifischen Widerstand j der Im. Bereich von etwa 0_f005 bis 0,015 «A cm betragen kanne Die Art der !leitfähigkeit wii?d mit N oder P bezeichnet» Ein soXdhes Plättchen- kann beispielsweise die ü-18 der aktiven 'Bereiche* i 2. in "Pig» ^l

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Das in Figo 5 dargestellte Platteben 34 ist zur Aufnahme einer polykristallinen Abscheidung auf der einen Seite und einer epitaxiaien Abscheidung auf der anderen Seite vorbereitetϊ indem es zuerst oxidiert und dann auf den gegenüberliegenden Flächen mit Schichten 36 und 36a von Siliziumdioxiä beschichtet wurde„ Diese Vorbereitung .erfolgte mit Hilfe der bekannten thermischen oder einer beliebigen anderen Oxidatisnsteohnik, Der erzeugte Qxidfilm soll eine Dicke von 2 bis 4- und vorzugsweise von 3/«/in haben< > Beide oxidbeschichtet en. Oberflächen des Plättchens werden dann mit einem Photo=>Ätzgrund "beßshiehteti, beispielsweise mit der unter der Beseiohnung KPR ?on der Eastman-Kodak Oo₀ vertriebenen Löeung_s und es wird das beschichtete Plättchen bei einer Temperatur vorgebaslcea, bei der der Photo-Ätzgrund ei 2h zersetzt und verdampft und Rückstände 38 und 38a zurückläßt, die die Siliztumöioxid=Oberflachen gleichförmig mit Kristallisatiönskeraon bedeskea.-

Das Plättchen ist mm oxidiert und mit den Siliziucidißxiel-Schichten 36 imd 36a in einer Mcke von 2 bis 4/*m überzogen. Biese OxidschishteK sind mit einem Photo-Xtzgrund bedeckt* dem ein bestimmtes Ifuster gegeben wurde_$ ao daß er Bereich©

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bagrenaf_f in denen aktive Bereich© und Gitterbereiche zu beiden sindj s©=wi© die Beveiohe_? die zu Isolationszwecken KU entfernen sind, wie es aus der folgenden Beschreibung näher hervorgehtο ■

Die spezielle AbdeGkteehnilc_P die hier benutzt wird₉ ist," soweit es die Erfindung betrifft, selbst nicht einzigartig v.xA wird daher nur kurz beschriebene Es wird ein photo=· graphischer Film mit dem gewünschter* Muster hergestellt vr.a das Plättchen ait den Überzügen 38 und 38a des Photo-Abgrundes wie beispielsweise KPR versehen? die die Silizium= cii oxid-Schicht on 36 und 56a überdecken= Die Schichten 38 und 38a werden durch den Film mit ultraviolettem licht oder einer anderen Strahlung, für die sie empfindlich sind₃ belichtet _; Die Entwicklung findet dann durch Eintauchen des PXättohens in ein Lösungsmittel wie beispielsweise äthylen statt, um das niohtsensit;l~ierte KPR zu entfernen» Das .Plättchen wird Sann bei etwa 15O°C etwa 10 Hinuten lang gebacken, wonach das Oxiö die resultierende₍, gehärtete Ätzgrundmaske trägtj diedi© gewünschte Gestalt aufweist oder das gewünsclite Muster bildet_a

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Dann wird das Siliziumdioxid in den freilißgenden Fensterbereichen des Ätzgrundmusters entfernt« Zu diesem Zweck wird das Plättchen in eine Lösung gelegt_s die etwa einen Teil Flußsäure HF und 9 Teile Ammoniumfluorid NH₄P enthält und dazu dient_f die freiliegenden Flächen (tea Siliziumdioxid auezuätzenc Danach wird das Plättchen in Wasser gespült und getrocknet» Der zurückgeblieben© Photo-Ätzgrund kann* falls erwünscht, nun mit Hilfe einer lösung entfernt werden _t die aus einem !Seil Schwefelsäure und 9 Teilen Salpetersäur© besteht= Das Plättchen wird mit dieser Lösung bei etwa 100⁰C etwa 10 Minuten behandelt» Der Photo-Ätzgrund 3ca.nn auch auf dem Plättchen belassen werden.; weil ea bei der folgenden Mesa=Ätzung automatisch entfernt wirdc

Um die freiliegenden Stellen des Plättehens zu ätzen_E wird das Plättchen in ein geeignetes Gestell eingesetzt und in kochendem V/asser erwärmt₃ um ea auf die Temperatur der Ätzlösung j d=h_o auf etwa 115⁰C₅ vorzuwärmen.© Die Italösung wird V021 einer gesättigten Lösung von Natriumhydroxid KaOH in Wasser gebildet, die wenigstens 25 and vorzugsweise 33$ NaOH enthält _f Das vorgewärmt© Plättehen wird der Ätzlösung lange genug ausgesetzt,- um öle Sohicht 34 leicht -anzuätzen und das Material bis zu einer Tiefe ab ει; tragen,, die in Erscheinung

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tritt₉ wann anschließend eine epitaxiale Schicht aufgebracht ist ο Di© Tiefe kann etwa 10/wn betrage».» Die Ätzung findet längs des- jHiOOj-Ebene des Einkristall-Matörialea statt«

In diesem Stadium hat das Plättchen im wesentlichen das Ausseh©n₉ das in Fig, 6 dargestellt ist« Das N=Einkristall~ Material weist auf einer Seite Vertiefungen oder Binbuoh·= , tungen 40 auf, die Einbuchtungen 40a auf dar anderen Seite des Plättchens 34 gegentiberstehen₀

Zur Bildung dar Mesa-Bereiche 12 wird das Plättchen auf einem G-Xaaschieber befestigt, indem aeine obere Fläche mit Hilfe eines Wasiislslsbers mit dem Slasschieber verbunden wird, und daim in ein geeignetes Gestall eingesetzt·= Danach wird der oben beschriebene ütavorgang ausgeführte Diese zweite Ätzung findet nur an der unbefestigten Unterseite des Plättshens während einer 2eit von etwa 15 Minuten statt» Die Zeit ist ausreichend, um dia Dicke des Plättchens zwischen den ausgsbuchteten Abschnitten auf etwa O₉025 bis GgGSO mm. zu redualerenc Die nach diesem Verfahren erfolgende Ätzung längs der (j 00J -Spaltungsebenen erfolgt linear und

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schreitet unvermindert fort, bis die Anordnung aus der Ätzlösung herausgenommen wirdo Bas Plättchen wird dann in deionisiertem Wasser gespült» die auf dem Plättchen verbliebene NaOH mit einer Lösung von Essigsäure neutral!= alert j das Plättchen erneut gespült und endlich getrocknet,

Die Anordnung hat nun die in Pig. 7 veranschaulichte Gestalt und es ist ersichtlich;, daß dieser letzte Ätzvorgang dazu gedient hat₉ die eingebuchteten Bereiche 40 zu vertiefen= Die Gestalt der Mesa-Bereiche wird nun deutlichem Diese N-Einkrlatallschicht 34 wird nun selbst ein Träger; der Gitterteile 20 aufweist; die im Vergleich zu den bekannten polykristallinen Haltern ein relativ festes und unzerstörbares Gitter oder einen solchen Halter bilden»

Das Plättchen wird nun in der oben beschriebenen Weise. oxidiert j. um die ganze Unterseite mit einer dielektrischen Isolationsschicht 15 (Fig. 8) mit einer Sicke zu versehen, die die erforderliche Isolation gewährleistet■< > Beispiels-» weise ist eine Dicke von wenigstens 2_/mä für die meisten Zwecke geeignete Es werden jedoch beide Seiten des Plättchens gleichzeitig oxidiert und es kann wünschenswert sein, um die

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vorher gewachsenen Oxidschiehten 36 und 36a zu entfernen^ bevor die neuen Oxideehichten "5 erzeugt werden» damit die Dicke dei' unteren Oxidschicht kesser gesteuert werden kann»

An dieser Stelle des Verfahrens wird auf die untere, oxid= "beschichtete Seite des Plättchens die polykristalline Schicht H aufgedampft. Zur Bildung der Schicht 14 wird das Plättchen in einen Öfen gebracht _t der auf ein© Temperatur υ etwa 120O⁰O aufgeheizt wird. Zu dieser Zeit wird Siliziumtetrachloridf ein Sllf-:.n oder Tetraorthosilisat mit einer reduzierenden Verbindung wie Wasserstoff auf dem Plättchen , über dem Siliziumdioxld^Belag 15 umgesetzt= Dieses Verfahren ist üolioh und kann in einer einzigen Stufe während einer Zeit von etwa 20 Minuten erfolgen,, um eine Schicht 14 von etwa Og05 bis 0*08 mm Dicke au erzeugen* Das Verfahren kann auch in einer -Reihe von Schritten durchgeführt werden, um verschiedene aneinandergrenzende Schichten von polykristal·= liiiem Silizium mit der gewünschten G-esamtdioke su erzeugen.

In diesem Stadium bildet die polykristalline Schicht 14 ledigllsh eine Verstärkung des von dem Gitter 20 gebildeten Halters für die folgende Bearbeitung der Anordnung₀ Sie kann

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jedoch zu dem einzigen cäer hauptsäohlicben Halter für die vollständig ieolierten aktiren Bereiche 12 werden^ vrlo es später noch deutlich wirde

Nun wird die Oxidschicht auf der Oberseite des Plättnhens? alao auf der der polykristallinen Schicht 14 gegenüberliegenden Seite_s entferntϊ beispielsweise durch die Säurebehandlung, die «ben zur Entfernung von Siliziumaxid beschrieben wurde. Dann wird die epitaxlale Schicht 18 auf die gesamte obere Fläche des Plättchens 20 aufgebrachte

Bei der Schicht 18 handelt es sich um eine mit Arsen dotierte Ϊϊ-Sohicht (Figo 9) auf der Oberfläche der N-Sehioht 34-0 Diese Schicht 18 stellt einen Singriff steil dar, der epitaxial gebildet wurde, indem eine Silizium-Verbindung wie Siliziumtetrachlorid, ein Silar oder Tetraorthosili^at mit einer reduzierenden Verbindung wie beispielsweise Wasser= stoff in Darapfform auf der Schicht 34 in einem Ofen bei eiwa 800 bis 1200⁰C umgesetzt wurde. Dieser Vorgang währt 8 bis 15 Minuten, um eine Dicke von M bäs 16/«et zu erseugeno Die Schicht I¹J ist mit Arsen? Antimon Phosphor oder einem

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ti Η«!Donator in genügender Menge dotiert ₉ um einen

Widerstand tor etwa 3 "bis 5 -ß.Qra zu erzielen*, Es versteht sich jedoehg daß andere Stärken nnä anders Msngen des 33oti3rungsstsffss benutst werden können_g um den gate"ünacht©n spezifischen Widerstand in Übareinstimmung mit sen an dia Anordnung gestallten Forderung zu erzeugen=

Na Qh dissam Yerfahrer^sschritt wird das Plättehen erneut la der oben besciiris"benen Weise oxidiert, raa über der epitaxialtn Schicht 18 Tom N-Typ sine Oxidsehicht 34- zu erseiigeno In dieser Oxidsöhicht werden mit Hilfe der oben behandelten Photo-Ätamethode Fenster gebildet^ die auf die Einbuchtungen ausgerishtet sind, die in der oberen Seite der N-Sefcieht 54 weg®®. d©r darunterliegenden Einbuchtungen 40a gebildet worden sincL llun. wird unter Verwendung üblioher Ata= oder chemischer Präsisions-Sebleifverfahren das Material der F.pitaxial-Sehicht 18 vollständig bis hinab aur Silizium» oxidschicht.4^ abgetragene Auf diese Weise werden die Inseln oder Meθa-Bereiche 12 in getrennte, einzeln© _t im Abstand voneinander angeordnete und elektrisch isolierte aktive Bereiche unterteilt, die alle von dem polykristallinen Baitsr 14 getragen werden, wi© es ]?ig_o 3 zeigte"

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Das freiliegende Siliziuradioxiä wird nun von den Spitzes der Meea-Bereio&s 12 srvtfsrnt imd die Anordnung wird erneut oxidiert _s um darauf sine neue und sslafciT gleichmäßig© Ssliicht τοπ .Siliziumdioxid mit einer Dielte von beispielsweise 1 /fern zu erzeugen* Dann werden die Basiselektroden 46 (flg. 10 J in jeden Mesa-Berelcn 12 unter Anwendung üblisher Techniken eindiffundierte Kurz gesagt erfolgt dies durch Abdecken mit Ätzgrund * Entfer^vyig.. des Siliziumdioxids zur Öffnung von Fenstern auf den Spitzen der Mesa=-Bereiche und die Abscheidung τοπ Bor als P-Bötierungemittsl auf den freigelegten if=8ebieiiteii 18 innerhalb der Fenster durch Ein bringen der Anordnung in einen Ofen bei etwa 900 bis 120Q⁰C und für etwa T 5 bis 20 Minuten _s ^e nach der speziellen Kon=· zentration der Verunreinigungen, die benötigt wird_s um die gewünschten resultierenden elektrischen Eigenschaften der Anordnung su erzielen*

Sie Anordnung wird dann aus dem Ofen herausgenommen und in Flußeäure getaucht, um das Bor vom Oxid zu entfernen» Dann wird nach einer Zwlsahanprüfung die Anordnung erneut bei etwa 1200⁰C in eiiien Ofen gegeben₈ der feuchten Sauerstoff enthält, und darin etwa eine Stunde belassen, um das

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Bor In die N-Scbißht einzutreibenä Auch hiar kann die wendet« Seit je nach den. gewünschten resulttereiiäeii elektri= strhsn Eigenschaften variiert werden₀ Hierbei wird die An= Ordnung jsugleioh wieder oxidiert_o Die PN-Spferr-söalcht zwischen der Elektrode 46 ηηά der ft-Schieht 10 liegt bei diesem Beispiel etwa 0_?08 tsia 0,10 mm von der Oberfläche des Eesa-Bereiclies* Mes entspricht einer Meea-Anoifdnung mit Dioden=GharakteriBtiko

Es kann jedoch in deffi Meaa-Bereich auch ein Sranslstor gebildet werdenj indem zugleich Emitter und Kollekiror^ E3 ektrcden 46 und 50 durch Mffusion eder auf aadere Weis® gleichseitig gebildet werden* indem mit «inest PhotöNBiigrun abgedecktf im Oxid Fenetor angebracht und Phosphor oder ein anderes H=ODo tierungemittel eindiffundiert wirdpJDafe d kann durch eine Behandlung mit PhosphoroxychläriimGaa ^ einem Ofen bei etwa ItOO⁰C während etwa 1§ Minuten erfolgen,, wonach die Anordnung trockenem Sauerstoff bei einer Temperatur Iren etwa 1100°ö während etwa 25 Minuten ausgesetzt wird ₉ um den Phosphor in den Hesa=Bereich bis in eine Tiefe von etwa 2 bis 3 JW einzutreiben ο Ein Eintauchen in Fluß säure für einige Sekunden entfernt unerwünschtes Phosphatglas, «las; sich auf dem Plättchen durch die Vexbindung von Phosphor Qziü gebildet "^^;^;'#'^f'

Dann werden Kcmtaktfenster an den Genötigten Stellen geöffnet _t indem mit Ätsgrund abgedeckt und das Oxid entfernt, wird j wonach auf bekannte Weise Aluminium auf di© Anordnung aufgedampft wird« Dann wird durch erneutes Abdecke» mit. Ätzgrund und Ätzen mit einem für Aluminium geeigneten Ätzmittel das Aluminium von allen Bereichen entfernt9 abgesehen ven den Kontaktbereichen, die die entsprechenden Elektroden überdecken» Dann wird ein organisches Lösungsmittel _s wie beispielsweise Bibutyl« oellusolve dazu benutzt, den Photo-Ätzgrund zu entfernen» Dann wird das Aluminium" in eine legierung Überführt-₈ indem es in Stickstoff auf eine Temperatur von etwa 61-O⁰C während 10 Minuten erwärmt wirdo Auf diese Weise werden die Kontakte 52 _? 54 und 56 zu den Elektroden hergestellte An diesen metallisierten Kontakten kösanen dann die Enden von nicht mehr dargestellten Drähten befestigt werden_? die ihrerseits mit geeigneten leitungen verbunden werden können'; die zur Zuführung geeigneter Spannungen von äußeren Quellen zu den Elektroden dienen können_o

Es Yereteht" sich_? dai3 die in der vorhergehenden Beschreibung behandelten Verfahren dazu benutzt werden können glei

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e &agabl aufeinander abgestimmter Dioden oder Transistoren auf ©iasm ©innigen Plättelian liersu= Fsfeellsa lind daß dia Plättchen danash zur Verv-rendung ia den Terseiiis<iezißtsn Strukturen »u. Gruppen öder Einheiten ■ susäiaiaengesteilt oder täiterteilt v?erden können«

Die Bildung γοη UHij3laaa2^Anordnurigen₉ wJL.e sie in den Figo 2 und 4 dargestellt sind_? ist dem Verfahren zur Bildung der "besefcrigbsnen Maea=-.ilnordnungen eeiir äbnliöiu Bei äar Erzeugung disssr äbgswandeltsn Strukturen wird ein Hättchen 98 hergestellt xmä ©sidiert und anschließend ait einem Photo-Ätzgrund l?eseäielitet_s um ein Oxidmuster zu bildsn_? v/ia es oben in Terbiiidiiag mit dan Figo 5 unä S Ijesclirielsen worden 1st» In dsm Turliegenden Beispiel nimmt das Huster dl® in ligo 11 aargasfeilte fform an, in dar das Plättchen 5# auf ssinsa Iseideii gegenüberliegenden Seiten im Bereieh dar AbacBnitte 60 und 60a mit Oxid beaohißhtet istο

Dio in Pig« 11 untere Seite wird in geeigneter Weis® "b©- schichtet eäer abgedeokt_s wogegen die gegenüberliegende wie oben beschriabsn mit einer NaOH-Iiösung längs £i00j =Ebenan des Einkristalles bis au einer fiefs

BAD ORIGINAL

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geätzt wird., öl© der Bioke einer epitaxialen Schicht gsißäß 1st9 die ansshließsmd auf diese Fläche aufgebracht wird ο Diese Siefa ändert sieh gemäß den an die Anordnung zu stellenden speziellen Forderungen und "beträgt beispiels weise 14 bis 1.6 Bio Das geätzte Plättühen 58 wird dann erneut oxidiert und das Oxid auf der geätzten Oberfläche in der oben besshriebenen Vfeioe in ausgewählten Bereichen entfernt,. um ein Qxiöiaustar zu bilden* das an ds& Stelisn. Fenster aufweist _s an denen JMnkristalX-Material

In Figo 12 sind das Gxidmuster 62 und die epitaxiale Sohicht. 64 dargestellt» Biese Sohieht -bedeskt das Oxidmuster waä dia freiliegenden Fläehenabsobnitte des Plättohens 58_? Wie b®=» könnt, bildet die epitaxiale Schicht einen Einkristall, wo sie auf dem Einfcrietail-Material 58 unmittelbar aufliegt, wogegen aie in den Bereichen 66 polykristallin ist, in denen sie das Oxid 62 überdeckt* Pie Schicht 64 besteht aus einem mit Arsen dotiertem N-Materisl und wird durch die Reaktion einer Silizium=¥erbindungs wie beispielsweise Silisiumtetra-' Chlorid, einem Silan oder Tetraorthosiliöat_s mit einer zierenden Verbindung wie Wasserstoff in Dampfform auf dem

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Plättehen 54 in einem Ofen bei etwa 800 bis 120O⁰C gebildet , Die !Reaktion wird während 8 bis 15 Minuten durehge-=· führt ρ uh eine Schichtdicke ven etwa 14- bis 16jfem zu ©r~ isielea= Die Schicht 64 kann auch mit Antimon ₈ Phosphor :;dex' einem anderen Dotiarungsmittel rsm H-2yp dotiert seia ui'.ä _:hat vorzugsweise einen spezifischen Widerstand von etwa 2 bis 5 -Q. cm? Diese Parameter können je nach den an die An= crdnung zu stellenden Forderungen variiert werden,,

Anschluß hieran wird das Plättchen 58 poliert_F um die ■vorstellenden polykristallinen Bereiche 66 bis auf die vor stehenden Abschnitte der Oxidschicht 62 abzutragen» Die Oberfläche erscheint nut?, vollständig plan^ wie ee Figo zeigt_f und es ist zu beachten? daß dieser Poliervorgang so lange fortgesetzt wij?d_f bis beim Erreichen der Oxidschicht 62 die gewünschte Dicke der epitaxialen Schicht hergestellt ist=. Demnach bestimmt tatsächlich die Tiefe der ursprünglich geätzten Vertiefungen oder Hohlräume die Dicke der epitaxialem Schicht, denn das epitaxial abgesp'aiedene Silizium wird durch das Polieren relativ leicht entfernt, wogegen das Polieren sehr viel schwieriger wird_F we^ii das Härte-Silisiumoxid erreicht ist ο Diese Änderung ist deutlieh merkbare

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Nunmehr wird die gegenüberliegende Seite des Plättchen^ 58 für die Ätzimg vorbereitet ₈ durch die die aktiven Bereislie 22 isoliert werden seilen* Zu dieaem Zweck wird auf dia Oxid-Beschichtung 68 (Figo 12} ein Muster aus Pboto-Ätzgrand aufgebracht und das Oxid in der beschriebenen Weise ausgeätzt, um das Oxidmuster zu srseugeno Dann wird das Plättchen 58 durch die Fenster in dem Oxidmuster unter Yerwendung der oben beschriebenen Ätztechnik ausgeätzt _? durch die dae Einkristall-Material längs seiner [Ί 00J-Krietallebene». ausgeätzt wird« Diese Ätzung wird genügend lange fortgesetzt ₉ um das Plättchen 58 deutlieh bis zu der Oxidschicht 62 auf der gegenüberliegenden Seite durehzuätzsno Ber" Ätz-Vorgang wird automatisch beendet _s wenn diese Oxidschicht erreicht xiorden ist.»

Naeh dem üblichen Spülen und Trocknen werden die geätzten Flächen erneut oxidiert_? um die isolierten aktiven Bereiche 22 mit einer dielektrischen Beschichtung 28 zu T©rsehen_o In diesem Verfahrensschritt wird gleichzeitig die gegenüberliegende Fläche mit einer Oxidschicht 70 versehen., Die Oxidation erfolgt nach einem beliebigen der bekannten Verfahren Bei Bedarf können die vorher aufgebrachtem. Oxid schichten 60 unä 68 entfernt wer/den_r wie es bei der Aueführungsform nach Fig. 15 der Fall war, BAD 0RK3INAL

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Unter Verwendung des Verfahreng sur polykristallinen Beschichtung j. das in Verbindung mit der Bildung des Halters 14 der Vorx'i-ohtimg naeh Pig» 1 beschrieben worden ist j wird nun ein dünner Halter 30 auf die Biiekseite des Plättchens 58 aufgebracht_s doho auf äis tiefgeätste Seite„ Dieser Ealter kann jad© beliebig© Dicke haben_? wird jedsch VsarKugsvireise dünn, ausgeführt_s nämlieh etwa O₉O5 bia Oj 08 ΐηαι_? indem

Silan oder 3?etraorth©silieat mit eineE" n Verbindung auf dem Plättehen in einem Ofen bei etwa ΐ200°0 während etwa 20 Miauten umgesetzt wirdo

wurde eine Meh-rfaeh-=Halbleiteranöranung erzeugt₃ die mehrere dlelsktriaoh isolierte aktive Bereiche in einem eiiisigan Plättehea umfaßte welche Bereiche von einem Gritter 32 getragen werden, das durch ainen Halter 30 verstärkt ist» Wenn diese Struktur fertiggestellt ist, können die aktiven Bereiche in der gleiehan Weise,, wie es oben für die aktiven Bereiche nach Fig» 10 beschrieben worden ist,, mit Elektroden versahen wardem Da jedosfe die Oberflächen der aktiven Be= röiehe 22 und die darin enthal1;enen Elektroden in einer Ebene mit dem eie umgebenden Gitter 32 liegen ₉ können-die Kontakte zu den Elektroden durch übliohe M»tallisieru|igs verfahr en leicht hergestellt werden»

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Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich; daß durch die be~ sshriebenea neuen Verfaliren. aine neue Halbleiter-Anordnung geschaffen worä#n ist» Es versteht sich jedoch ₉ daß zahlreiche Abwandlungen und Änderungen gegenüber den dargestellten Ausführungsbeiepieleu möglich sindj ohne den Rahmen der Erfindung zu verlaasen» So können beispielsweise die Plättchen 34 und 58 sowie die aufgebrachten epitaxl&len Schichten 18 und 64 anstatt, wie b98Chrieben_? N-leitend au3h entgegengesetzt aus P«leitendem Material bestehen, und zwar in der bei der Herstellung von Halbleiter« Anordnungen üblichen Weise₀

O/ O

BAD OBiGSNAL

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Claims (1)

1. ·=> 21

   ; ■" ■." ■..-■:■■"-. Patentansprüche . ;■"--." - ;- /"

   to Halbleiteranordnung mit Sineir Anzahl aktlirer die im Abstand voneinander angeordnet vuid diirch ein Dielektrikum voneinander isoliert sind g dadurch gekenn=> sseichneti daß sie als Sräger für die aktiven^ BinbeiteiäL (t2> ein Gitter (20T aua krißtailinem Materialä deeeen Abschnitte die einzelnen aktiven Einheiten umgeben, und eine dünne f5cMölit |14i aus krlstaXlinem Hater^al dar die aktiven Einheiireii Ci2}wnd das Gitter (20) auf oiner Seite der Schicht angeoränet sind imd daß sich das DielektriküiE (%5) zwischen d«n aktiven 3?tnhei1:ea (Τ2Ϊ und anderen angrenzenden feilem (t4) der Anordnung befindete

   2ο Halbleiteranordnung n&ch Anepruch 1 j äaduroh gekennzeichnet_s daß das Gitter (20) aue einem Birikristall<=-Mater4al besteht

   3ο Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2_f dadurch .kennzeichnetϊ daß die dünne Schicht (14) aus einem poly krietailinen Halbieiter-Material "besteht_c

   4= Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden . '■■■- sprüe-he_? dadurch gekenöseichnet_f daß die aktiven Einheiten i.~2) Kesa-Elemeiite sind und das_: (Jitter (2©i die Einheiten Kit Abstand mngilstc

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   Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche i bis 3-_} dadurch gekennzeichnet_f daß das Sitter (32) die aktiven Einheiten (22) dicht umgibt und von ihnen durch ein Dielektrikum (24_S 28} getrennt ist und daß weiterhin die freien Oberflächen der aktiven Einheiten (22) und des Gitters (32) eine gemeinsame Ebene bilden«

   6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5? dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter aus polykristallinen! Material besteht_o

   Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden spräche₉ dadurch gekennzeichnet_s daß Jede der aktiven Einheiten (12) aus einem Hauptteil (16) aus Halbleitermaterial mit geringem spezifischem Widerstand und eines? Schiebt (18) aus Halbleitermaterial mit hohem spezifischen Widerstand besteht_e die auf sine !'lache des Hauptteiles (16) aufgebracht und mit Elektroden versehen ist»

   8ο Haibleitsranordnung nach den Ansprüchen 4 und I₉ dadureh gekennzeichnet_f daß sish auf einer Seite der dünnen Schicht (14) eine dielektrische Schicht (IS) befindet_s auf dies©

   / ο

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   dielektrisch© Schlafet eine erste Einkristallsöhieht (16)" aus Halbleitermaterial eines ausgewähltem teitfähigkeits=- Typs und mit geringem spezifischen Widerstand aufgebracht und von einer ssvreiten Binkri3tall=-Halble±terschient des gleichen Ieitfähigfeeits-!iyp3& aber mit höherem spezifischem V/iderstand bedeefct ist und Kanäle vorgesehen eind₉ die die beiden Halbleitersehiohten (16 land 18) Tollständig dursh= dringen und di© Schichten in eine Yielzahl von aktiTen Hallale iter-Einheiten (12) auf teilen ₃ γοη danen jede ron einem Gitter (20) laageben isto

   9» Halbleiteranorünung naeh dan Ansprüchen 5 vn.& 7_f- dadureh ■gekennzeichnet»' Oaß die dünne Schicht (30) auf einer Seite mit einer Vielzahl -von Einbuchtungen und auf dieser Seite mit einer - dielektrischen Besehichtiing (28) f er sehen ist_f daß aich in jeder der EinbushtungenAblagerungen νοη Einkristall-Halbleiterinaterial (22_S "32) eines bestimmten Ijeitfähigkaits-iEyps rait geringer spezifiseher Leitfähigkeit befinden^ daß diese Ablagerungen (22„ 32) und die dazwischen*= liegende«,, 'Wsehichteten Abschnitte der dünnen Schicht (30) einer- Schicht Halbleiteraaterial (26)" des gleichen Ie itaber mit hohem spezifischen Widerstand

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   "bedeckt sind ₈ wobei diese Schicht über den Ablagerungen (22_? 32} einen Eingriffsteil bildet und über den Ab« schnitten der dünnen Sehieht (30) polykristallin ist_? und daß Verlängerungen (24) der dielektrischen. Beschichtung (28} sswisshen üia.f.'angsabschnittan der Halbleiterschient (26) und benachbarten anschließenden Abschnitten der Anordnung vorgesehen aind₉ um diese Schicht in mit Abstand voneinander angeordneten Bereichen voneinander au isoliere^ die zusammen mit len sich darunter befindenden Ablagerungen (22) die Vielzahl der aktiTen Halbleiter-Elemente bilden»

   ΙΟ» Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungan naeh Anspruch B₉ dadurch gekennzeichnet, daß zuera-t ein Eingriffsteil-Plättchen (34) aus Halbleitermaterial mit bestimmten! leitfähigkeits=Typ und geringem spezifischen Widerstand hergestellt v?ird_y daß dann auf einer Seite des Plättchens (34) Bereiche (40) ausgespart werden_s die aktive Bereiche und eia Gitter begrenzen, dessen Ab^ schnitte die aktiven Bereiofee mit Abstand ujBgeben, 4aC weiterhin auf der geätzten Fläch«- eine Oxidschicht (15) und anschließend auf die Oxidschicht eins Sahieht (14)-

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   3'*

   aus polykristallinen* Halbleitermaterial aufgebracht wird j die nl/iht so dick ist_P daß sie bei Erwärmung Defcrmationen des Plättchens verursacht_f daß danach auf der anderen Seite des Plättchens (34) eine epitaxial© Schicht (18) aus Halbleitermaterial des gleichen Leitfähigkeits-Typs wie das Plättchen, jedoch mit größerem spesifischem Widerstand aufgebracht und endlich Bereiche der epitaxialen Schicht (~<8) und des Plättchens (34) bis hinab zu der Oxidschicht (15) entfernt werden, um die aktiven Bereiche voneinander zu isoliei'Bn und ein Gitter zu 1/ilden, das die einzelnen Bereiche (22) mit Abstand umgibt» .

   Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen nach Anspruch 9_? dadurch gekennzeichnet _f daß zuerst ein Ein=· griffsteil-Plättchen (58) aus Halbleitermaterial mit bestimmtem Leitfähigkeits-Typ und geringem spezifischen Widerstand hergestellt let; daü dann auf einer Seite des Plättchens "bestimmte Bereiche in einer Tiefe ausgeätzt werden, die der gewünschten Dicke einer später aufzu= bringenden epitaxialen Schicht (64) entspricht, daß weiterhin diese Seite an den Stellen _t an denen keine

   ■ . . . ■ BAD

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   ~ 32

   aktiven Bereiche gebildet wßrden₉ mit einer Oxidschicht (62) und anschließend mit einer epitaxialen Schicht (64) aus Halbleitermaterial des gleichen Leitfähigkeits-Type wie das Plättchen» aber mit höherem spezifischen Widerstand, versehen wirä_f daß danach auf der zweiten-Seite des Plättchen^ Abschnitte "öLs hinab zu der Oxidschicht {62} entfernt werden_s um dio aktiven Bereiche (22) und eine diese Bereiche umgebendes Gitter (32) zu bilden., und daß endlich auf die geätzte zweite Seite des Plättchens eine Oxidschicht {28} und anschließend eine Schicht (30) aus polykristallinem Halbleitermaterial aufgebracht wirdf die nicht zu dick ist_s daß sie bei Erwärmung Befar-= mationen dee Plättchens verureacht*

   12c Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 j dadurch gekennzelehnet daß die Ätzung des Plättchens (34 bzvj. 58} zur genauen Steuerung der Größe und Forst der aktiven Bereiche {12 bzw-22) längs der [100J-Ji.?.l.stallebene erfolgt«

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   SS Le e rs ei te