DE2013546A1 - Verfahren zur Herstellung isolierter Halbleiterbereiche - Google Patents
Verfahren zur Herstellung isolierter HalbleiterbereicheInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München. ?, 2 Q. MRZ. 1970
Berlin und München '■'" Y/ittelsbaeh^-EpTa'bz "2 ' ■'-
VPA 70/1059
Verfahr en zui-j Herstellung isolierter^ Halble it erberei ehe
Die Erfi: 3ung■ ■£ /trifft ein Verfahren zur Herstellung isolierter
Halbleiterbereiche für eine inönolythische Halbleiterschaltung.
Aus "Electronics", Juni 1964, Seite 23, ist ein Verfahren zur Bildung isolierter Teile von integrierten Schaltkreisen bekannt.
Dabei wird von einer Scheibe aus monokristallinem SiIi- ä
cium "ausgegangen* In die Oberfläche dieser Scheibe werden mit
Hilfe der üblichen Maskierungstechnik Gräben eingeätzt, die dem
Spiegelbild der gewünschten Struktur der einzelnen voneinander isolierten Bereiche entsprechen. Die derart gestaltete Oberfläche
wird mit einer ein bis fünf· /um dicken Schicht aus Siliciumdioxid
überzogen. Auf diese als Isolierung wirkende Schicht
wird in einem Ofen Silicium niedergeschlagen, das polykristallin aufwächst. Schließlich wird die ursprünglich als Träger
wirkende Scheibe bis auf die zwischen den Gräben vorhandenen Bereiche durch Läppen oder durch Ätzen entfernt. Die dadurch
erhaltenen, voneinander isolierten monokristallinen Bereiche dienen zur Aufnahme von einzelnen Bauelementen, beispielsweise
einer Diode durch Erzeugung eines pn-Überganges. *
Vor allSiti die letzten Schritte dieses oben beschriebenen Verfahrens
sind besonders kritisch. Die Bildung der verschiedenen Schichten auf der Scheibe,wie beispielsweise der Maskierungsschicht zur Erzeugung der Gräben, oder der erwähnten Schicht
aus Siliciumdioxid, führt dazu, daß die Oberfläche de* Scheibe
nicht mehr die Form einer Ebene, sondern die einer Kugelkalotte hat. Eine derartige Anordnung ist in der Figur 1 im Schnitt
dargestellt, und wird weiter unten noch näher erläutert. Da
aber die zur Abtragung der einkristallinen Schicht verwendeten
Lftpp- oder Poliermaschine« lediglich ebene Flächen erzeugen,
VPA 9/UO/OO47 Kot/Dx * - 2 -
109840/1480
SAt)
ergibt sich, daß in der Mitte der gewölbten Scheibe ein anderer Abtrag entsteht als an deren Rand. Für die bei integrierten
Schaltkreisen anzustrebende Präzision ist dies aber unerwünscht.
Wie bereits Liusgeführt wurde, iot es aus "Electronics" auch
bekannt, die monokristallinen Ilalblciterberciche abzuätzen. In
der Praxis wird dieses Verfahren jedoch wenig verwendet, da
einmal auch hierdurch wegen der überall gleichen Atzgc-.'schwindigkeit
die in die Atzflüssigkeit gegebene, gewölbte Scheibe
in einer Ebene abgetrennt wird, und da zun anderen die jeweils erreichte Atztiefe schwer kontrollierbar ist.
Yfeiterhin ist es bekannt, einzelne Bauelemente einer integrierten
Schaltung durch pn-Übergänge elektrisch voneinander zu isolieren. Pin Nachteil einer derartigen Anordnung besteht aber
darin, daß, um den angestrebten Erfolg einer Isolation zu erreichen, ständig eine Vorspannung an den pn-übergang angelegt
sein muß.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben,
das auf einfache Weise die Herstellung isolierter Halbleiterbereiche erlaubt. Insbesondere soll dieses Verfahren
nicht mit den oben erwähnten Nachteilen und Mangeln bohafto-l;
sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das folgende Verfahren
gelöst:
a) Aufbringen einer Maske aus Isolierstoff auf ein Halbleitersubstrat
des einen Leitungstyps,
b) Epitaktische Abscheidung inonokristalliner Zonen des anderen
Leitungstyps auf die nicht mit der Maske bedeckten Bereiche der Oberfläche des Halbleitersubstrats,
c) Überziehen der derart hergestellten Anordnung mit einer Isolierschicht,
d) Abscheiden von Halbleitermaterial auf die Isolierschicht, derart, daß eine polykriötalline Schicht entsteht,
e) Abätzen des Halbleitersubstrata.
8AD ORIGINAL
109840/1480 _3_
Die isolierten Halbleiterborciehe werden dabei derart hergestellt,
daß der Ätzvorgang zur Abtragung dea Hnlbleitorstibütrats
oder der monokristallinen Schicht an der vorgesehenen Grenze
von aliein aufhört oder sich doch sehr verlangsamt. Bei der
Wahl eines geeigneten Ätzmittels, das verschieden iiSt, je nachdem
ob das Halbleitersubstrat n-leitond, p-leitend, hoch- oder
schwaclidotiert ist, hört der Ätzvorgang nämlich genau beim Erreichen des »pn-Überganges praktisch auf, da die Ätzgeschwindigke'it
für das nachfolgende, entgegengesetzt dotierte Material wesentlich geringer ist. Mit Hilfe dieses Verfahrens wird-auch
bei einer krummen oder verzogenen Scheibe das Halbleitersubstrat
völlig entfernt, so daß die voneinander isolierten aufgewachsenen einkristallinen Bereiche, die in die polykristalline
Schicht eingebettet sind, übrig bleiben. . ■ |
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß vor dem
Aufbringen der Maske aus Isolierstoff auf das Halbleitersubstrat eine vorzugsweise etwa 2-5 /um dicke Halbleiterschicht
des anderen Leitungstyps abgeschieden wird, und daß nach dem Abätzen des Halbleitersubstrats diese Halbleiterschicht abgeätzt
wird. - -
Dieses Verfahren ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die ab-Geschiedenen
monokristallinen Zonen des anderen Leitungsiyps p-leitend sein sollen. In diesem Fall ist dann die Ilalbleiterschicht
η-leitend, während das Halbleitersubstrat p-leitend ist. M
Ss hat sich nämlich gezeigt, daß der Atzahtrag beim übergang ~
von p- zv n-lei'3nden Bereichen^leichter zum Stehen kommt, als
bei einer umgekehrten Schichtfolge. Durch die Einschaltung der
Halbleiterschicht wird aber zwischen dem Halbleitersubstrat, das zunächst abgeätzt wird, und der Halbleiterschicht ein derartiger
pn-übergang erzeugt. An der Grenze zwischen dem Halb-'
leitersubstrat und der Halbleiterschicht hört der Ätzabtrag von
selbst auf, oder wird doch stark verlangsamt, so daß sich Unterschiede
in der Ätzgeschwindigkeit auf dem Halbleitersubstrat von selbst ausgleichen. Anschließend wird dann die eine dünne
Zwischenschicht bildende Halb.XejLterschicht beispielsweise mit
Hilfe eines nicht; selektiven .Ätzmittels eventuell auch unter
m9/i10/0047 : 109840/1*80 -^
— A —
Ausnutzung der die Atzung bremsenden w'irkung des pn-Übergangs
von der η-leitenden Halbleiterschicht zum p-leitenden Halbleitersubstrat
abgeätzt. Hin geringerer Unterschied in den A'tzgeschwindigkeiten
bei dieser Schichtfolge macht sich wegen der geringen Dicke der Zwischenschicht nicht störend bemerkbar.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß während des Abätzens des Halbleitersubstrats der zwischen
Halbleiterschicht und Halbleitersubstrat gebildete pntjbergang in Sperrichtung vorgespannt wird. Dadurch kann die den
Ätzvorgang bremsende Y/'irkung des pn-u'bergangeo noch verstärkt
v/erden.
^ Ks ist zweckmäßig für die Maske und die Isolierschicht Silici-
- umdioxid oder Aluminiumoxid oder eine Mischung beider Oxide zu verwenden. Aui3erdem soll eine auf die polykristalline Seite aufgebrachte
Schutzschicht verhindern, dai3 das polykristalline Material
vom Ätzmittel angegriffen wird. Diese Aufgabe wird durch die angegebenen Schichten besonders gut gelöst.
Schließlich soll noch betont werden, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, daß das Halbleitersubstrat nur durch Ätzen
entfernt wird. Es ist auch Gegenstand dieser Erfindung, zunächst einen Teil des Halbleitersubstrats mechanisch abzutragen,
beispielsweise durch Läppen, und dann erst den der polykristallinen
Schicht benachbarten Teil des Halbleitersubstrats durch P Ätzen zu entfernen.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1i Einen Schnitt durch eine gekrümmte Halbleiterschicht,
Fig. 2-5
und Fig. 10: Ein erstes Ausftihrungabeispiel der Erfindung anhand
von Schnitten,
Yi* 9/110/0047 1098*0/1480 _^
BAD ORIGINAL
Pig. 6 - 10: 33in zweites Ausführungsbeispiel'der Erfindung.
• ..,..-■ anhand vein Schnitten, .
Pig,.· 11: Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsge
«· 'r■-.·.; ■. nagen Verfahrens. .--..·. .
1-^st eine gekrümmte Halbleiterscheibe
SchnititeMargestellt. Zwischen einer Sohieht 11 aus p.olykristal-'
linen* Silicium und einem Halbleitersubstrat 1 aus monakristallinem
Silicium befindet sich eine Isolierschicht 9. Die Isolierschicht 9 weist dabei .zahnartige Zwischenwände 10 auf, die
in das Halbleitersubstrat 1 hineinreichen und zur. Isolierung
der einzelnen Bereiche dienen sollen. Wird das Halbleitersubstrat
1 dieser Scheibe in der Pigur 1 oberhalb der durch die *
gestrichelte Linie 13 dargestellten Ebene abgetrennt,-was bei- "
spielsweise durch läppen geschehen kann, so.werden lediglieh
die in der Mitte der Scheibe gelegenen Zwischenwände 10.an die
Oberfläche treten. Es ist offensichtlich, daß damit eine Isolation
der am Rand der Scheibe gelegenen Bereiche nicht erreicht
werden kann, da dort die Zwischenwände 10 nicht an die durch
die Linie 13 festgelegte Oberfläche treten. .
Im folgenden wird nun die Erfindung an zwei Ausführungsbcispielen
näher erläutert und gezeigt, daß gemäß ihr auch das Substrat einer gekrümmten Halbleiterscheibe gleichmäßig etwa bis
zu der in der Pigur 1 durch eine strichpunktierte Linie 15 angedeutet
<-i Flad.« einer Kugelkalotte abgetragen werden kann. (J
Dabei werden in den Figuren 2 bis 11 für sich entsprechende Teile
die gleichen Bezugsζdienen verwendet wie in der Pigur 1.
Zunächst w$rd auf ein Halbleitersubstrat 1, das aus p-leitendem
monokristallinem Silicium besteht, eine Maske 3 aus Siliciumdioxid
oder einem anderen geeigneten Isolierstoff, wie beispielsweise
Aluminiumoxid, aufgebracht (Pig. 2), bei der die später für die Bauelemente benötigten isolierten Bereiche'frei blei-
hen* Auf den nicht mit dem Isolierstoff der Maske 3 abgedeckten
Plächon wenden eine oder mehrere, gegebenenfalls verschieden
dotierte eknkrieta^line,Zonen 5 mit Hilfe der seloktivcn Epita
xie abgeschieden (Fig.1 ?)· 'Sann wird die Oberfläche dieser
;- ■ ■ -- ;-: :.-■ ■■ - ■ ■ ■
YFA 9/110/0047 109840/1480 βΔΗ -6-
Anordnung, wie in der Fig. 4 dargestellt, mit einer-hitzobeständigen
Isolierschicht 7 aus Siliciumdioxid übersogen. Dies kann beispielsweise durch Oxidation, Aufdampfen, Aufstäuben
oder pyrolytische Zersetzung geschehen. Dabei verbindet sich
die Isolierschicht 7 mit der Maske 3 au einer Isolierschicht
Anschließend wird auf dieser Isolierschieht 9 weiteres Silicium abgeschieden. Dieses wächst.polykristallin auf, und bildet so
die polykristallin Schicht 11. Dabei muß die Schicht 11 so
dick gemacht werden, daß sie später allein die voneinander isolierten einkristallinen Bereiche tragen kann (Fig. 5,·. In einem
letzten Verfahrensschritt wird schließlich das einkristalline Halbleitersubstrat 1 abgeätzt (Fig. 10). Bei der T/ahl eines geeigneten
Ätzmittels, das verschieden zu wählen ist, je nachtl'on '
ob das Halbleitersubstrat 1 η-leitend, p-leitend, hoch- oder niederohmig ist, hört der Ätzvorgang beim Erreichen des pn-überganges
ζ .ischen dem Halbleitersubstrat 1 und den Zonen 5 auf
oder wird stark verlangsamt, so daß auch gekrümmte Flächen hergestellt v/erden können. Dabei muß die Schicht 11 durch eine
gegen das Ätzmittel beständige Schicht abgedeckt sein.
Im folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 6 bis 10 erläutert.
Zunächst wird das Halbleitersubstrat 1, das wiederum p-leitend
sein soll, mit einer dünnen, einige /ura dicken, n-leitenden
Halbleiterschicht 2 epitaktisch überzogen, und auf diese dann, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, die Maske 3 aufgebracht
(Fig. 6). Mit Hilfe der selektiven Epitaxie werden die einkristallinen Zonen 5 hergestellt (Fig. 7); dann wird diese
Anordnung mit der Isolierschicht 7 überzogen, die mit der Maske
3 eine Isolierschicht 9 bildet (Fig. 8). Schließlich wird auf der Isolierschicht 9 die polykristalline Schicht 11 abgeschieden.
Diese letzten Verfahrensschritte entsprechen ganz den im ersten Ausführungsbeispiel erläuterten Arbeitsgängon.
Sie unterscheiden sich lediglich durch die Anordnung der als Zwischenschicht wirkenden Halbleiterschicht 2.
Die Halbleiterschicht 2 hat die Aufgabe, den Ätzvorgang zum
Stehen ^μ .«bringen. Dies ist erfahrungsgemäß aber leichter, wenn
VPA Vi 10/0047 109840/U80 _ . 7.
BAD ORIGINAL
von einem ^-leitenden Bereich zu einem η-leitenden Bereich geätzt
wird.,.. /:;-.<■, . , ·
Daher wird fiun&chst das p-leitende Halbleitersubstrat 1 bis an
die Grenze eur η-leitenden Halbleiterschicht 2 abgeätzt. An
dieser Grenze hört, wie bereits erwähnt wurde, der Atzabtrag von selbst auf oder wird doch außerordentlich langsam, so daß
sich Unterschiede in der Ä'tzgeschwindigkeit von selbst korrigieren.
·
Anschließend wird dann noch die dünne Hiilbleiterschicht 2 abgeätzt.
Dies kann mit einem nicht selektiven Ätzmittel oder unter
Ausnutzung der bremsenden Wirkung des pn-Überganges zwischen
der Halbleiterschicht 2 -und den Zonen 5 geschehen. Verschieden- ,
heiten der Ätzg-dchv/indigkeit machen sich dabei wegen der ge- *
ringen Dicke der Halbleiterschicht 2 für die isolierten Bereiche
nicht störend bemerkbar. Auf diese V/eise wird, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, die in der Figur 10 dargestellte
Anordnung erhalten.
In der Figur 11 ist eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
gezeigt.
In einer Haltevorrichtung 15, die entsprechend dem Pfeil 16
bewegbar ausgebildet ist, ist eine Halbleiterscheibe während des Ätzabtrags des Halbleitersubstrats 1 eingespannt. Die Ätzflüssigkeit
17 befindet sich dabei in eine.r Wanne 19 aus nicht ä ätzbarem isolierendem Material. Weiterhin ist zur Verstärkung
der den Ätzvorgang bremsenden Wirkung des pn-Übergariges zwischen
dem Halbleitersubstrat 1 und der Halbleiterschicht. 2 dieser pn-übergang in.Sperrichtung vorgespannt. Zu diesem Zweck
ist auf dem Boden der Wanne 19 eine Elektrode 21 vorgesehen, während auf der Halbleiterschicht 2 ein Kontakt 25 angeordnet
ist. Da das Halbleitersubstrat 1 p-leitend und die Halbleitcrschicht
η-leitend ist, wird die Elektrode 21 mit dem neoativen · Pol und der Kontakt 25 mit dem positiven Pol einer Batterie
verbunden.
VPA 9/110/0047 - 8 -
109840/1480-
Mit dem in dieser Erfindung angegebenen Verfahren kann auch
bei einet verzogenen Scheibe das Halbleitersubstrat völlig entfernt werden, so daß lediglich die voneinander isolierten
einkristallinen Bereiche, in das polykristallin Material eingebettet,
übrigbleiben.
11 Patentansprüche
11 Figuren
11 Figuren
VPA 9/11O/CO47 - 9 -
10984Ü/U80
Claims (1)
- J?Verfahren zur Herstellung isolierter .Halbleiterbereiche für eine monolythische Halbleiterschaltung, .g "e..k e-η η ζ e i c h. η et durch die folgenden, Yerfahreiasschritte: · .a) Aufbringen einer Maske aus Isolierstoff auf ein Halbleitersubstrat des einen Leitungstyps,b) Epitaktische Abscheidung inonokristalliner Zonen des anderen leitungstyps auf die nicht mit der Maske bedeckten Bereiche der Oberfläche des Halbleitersubstrats,c) Überziehen der derart hergestellten Anordnung mit einer | Isolierschicht, .d) Abscheiden von Halbleitermaterial .auf die Isolierschicht, . derart, daß eine polykristalline Schicht entsteht,e) Abätzen des Halbleitersubstrats. ■2» Verfahren nach Anspruch 1S dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufbringen der Maske aus Isolierstoff auf das Halbleitersubstrat eine vorzugsweise etwa 2 - 5 /um dicke Halbleiterschicht des anderen Leitungstyps abgeschieden wird, und daß nach dem Abätzen des HaIbleiiersubstrats die Halbleiterschicht abgeätzt v/ird.3# Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während dos Abätzens des Halbleitersubstrats der zwischen Halbleiterschicht und Halbleitersubstrat gebildete pn-übergang in Sperrichtung vorgespannt wird» . .4» Verfahren nach Anspruch 2 und/oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat p-dotiert und die Halbleitersciiicht n-doticrt wird.VPA 9/i1O/öO47 - 10 -109840/1480 bad original5. Verfahren nach einem der obigen Anöprüche, dadurch1;, gekennzeichnet, daß eine Masks aus Siliciumdioxid verwendet wird.6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Maske aus Aluminiumoxid verwendet wird.7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Isolierschicht aus Siliciumdioxid verwendet wird.8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß eine Isolierschicht aus Aluminiumoxid verwendet wird.9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet , daß eine Isolierschicht aus einer Mischung von Siliciumdioxid und Aluminiumoxid verv/en-rdet wird.10. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Abätzen des HaIbleitei-substrats durch ein für das jeweilige Halblei ber3ubstrat geeignetes Ätzmittel erfolgt.11. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß lediglich der der polykristallinen Schicht benachbarte Toil des Halbleitersubstrats mechanisch abgetragen wird.VPA 9/I10/0047109840/1480 bad original
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