DE2125303C3 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein derartiges Verfahren ist aus der NL-OS 67 07 936 bekannt. Durch diese Verfahren können u. a. Leiter und Verbindungsdrähte auf dicken Oxidschichten angebracht werden, welche Leiter und Drähte in bezug auf unterhalb der Oxidschichten liegende Teile eine geringe Kapazität aufweisen. Außerdem wird infolge der wenigstens teilweise versenkten Oxidschichten eine Oberfläche erhalten, die flacher als die von Halbleiteranordnungen mit nicht versenkten Oxidschichten der gleichen Dicke ist
Die versenkte Oxidschicht erstreckt sich wenigstens ober einen rings um die Source- und Drainzonen und das Kanalgebiet liegenden Teil der Oberfläche des Siliciumkörpers. Es hat sich nun herausgestellt, daß sogar unter verhältnismäßig dicken versenkten Siliciumoxidschichten (z. B. mit einer Dicke von etwa 1 μπι) parasitäre is Kanäle z. B. unter dem Einfluß der auf der Oxidschicht liegenden Stromleiter gebildet werden können, die die Wirkung des Feldeffekttransistors beeinträchtigen. Diese Erscheinung tritt namentlich bei Feldeffekttransistoren auf, bei denen im Kanalgebiet ein N-Ieitender Kanal gebildet wird; sie kann aber auch auftreten, wenn beim Betrieb im Kanalgebiet ein P-leitender Kanal gebildet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß die parasitäre Kanalbildung vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemiß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs t angegebenen Merkmale gelöst
μ Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird auf einfache Weise erreicht, daß sich unter der in den Halbleiterkörper versenkten Siliciumoxidschicht keine störenden parasitären Kanäle bilden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in J5 den Unterarisprüchen beschrieben.
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 kann mit Hilfe der Maskierungsschicht ein genau definiertes Kanalgebiet erhalten werden, was, da es sich hauptsächlich um die richtige Breite des Kanalgebietes handelt, ίο keinen Präzisionsausrichtschritt erfordert
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist von besonderer Bedeutung, wenn die Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers auch an der Stelle der Source- und Drainzonen diffundiert wird.
Da Gallium und Aluminium durch eine Siliciumoxydschicht hindurch diffundiert werden können, wird durch Ausgestaltung nach Anspruch 4 die Anzahl von Möglichkeiten zur Bildung des Kanalunterbrechers im Siliciumkörper vergrößert.
So können Gallium oder Aluminium auch diffundiert werden, nachdem die Source- und Drainzonen gebildet worden sind, gegebenenfalls nachdem auch diese Zonen n.it einer versenkten Oxidschicht versehen worden sind. In all diesen Fällen ist es erforderlich, daß wenigstens auf dem Kanalgebiet die maskierende Schicht vorhanden ist, die wenigstens über einen Teil ihrer Dicke aus einem von Siliciumoxid verschiedenen und gegen Oxidation maskierenden Material besteht. In vielen Fällen begrenzt der Kanalunterbrecher zusammen mit den Source- und Drainzonen das Kanalgebiet, wodurch parasitäre Kanalbildung bei komplizierter MOS-Struk türen vermieden wird.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 hat den Vorteil,
daß die bei Diffusionsvorgängen üblichen Schritte zum
Anbritigen einer gesonderten Diffusionsmaskierungs-
schicht und üum Durchführen einer Präzisionsphotoätzbehandlung dieser Schicht vermieden werden.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1,2 und 3 schematisch Schnitte durch einen Teil eines Feldeffekttransistors in auffolgenden Herstellungsstufen.
Bei diesem Verfahren wird eine Halbleiteranordnung (siehe Fig. J) hergestellt, die einen Halbleiterkörper 1 aus Silicium von einem ersten Leitungstyp enthält, in dem zwei Oberflächenzonen 5 und 6 vom entgegengesetzten Leitungstyp angebracht sind, die die Source- und Drainzonen eines Feldeffekttransistors mit isolierender Torelektrode 10 bilden. Zwischen den Source- und Drainzonen 5 und 6 erstreckt sich das an die Siliciumoberfläche grenzende Kanalgebiet 7 des Feldeffekttransistors. Auf einem Teil des Siliciumkörpers 1 und wenigstens auf dem Kanalgebiet 7 wird eine Maskierungsschicht 2 angebracht (siehe Fig. 1), die wenigstens über einen Teil ihrer Dicke aus einem von Siliciumoxid verschiedenen und gegen Oxydation maskierenden Material, z. B. Siliciumnitrid, besteht.
Der nicht gegen Oxidation maskierte Teil der Oberfläche des Siliciumkörpers 1 wird einer Oxidationsbehandlung unterworfen, um eine über wenigstens emtn Teil ihrer Dicke in den Siliciumkörper 1 versenkte Siliciumoxidschicht 8 zu erhalten.
Unter Verwendung der gegen Oxidation maskierenden Schicht 2 als Diffusionsmaske wird eine Verunreinigung in den Siliciumkörper 1 eindiffundiert, um einen an die Source- und Drainzonen 5 und 6 grenzenden und unterhalb der versenkten Siliciumoxidschicht 8 liegenden Kanalunterbrecher 9 zu erhalten. Der Kanalunterbrecher 9 ist vom ersten Leitungstyp und weist eine höhere Dotierungskonzentration als der angrenzende Teil des Siliciumkörpers 1 auf.
Die als Oxydationsmaske verwendete Maskierungsschicht wird also auch als Diffusionsmaske verwendet, wodurch das Anbringen sowie das Photoätzen einer gesonderten Diffusionsmaskierungsschicht vermieden wird.
Vorzugsweise wird wenigstens der auf dem Kanalgebiet liegende Teil 11 der Maskierungsschicht 2 (siehe F i g. 2) als ein Teil der Diffusionsmaske 8, 11 beim Eindiffundieren einer anderen Verunreinigung in den Siliciumkörper zum Erzeugen der Source- und Drainzonen 5 und 6 verwendet. Dadurch wird auf einfache Weise ein genau definiertes Kanalgebiet 7 erhalten.
Der auf dem Kanalgebiet 7 liegende Teil 11 der Maskierungsschicht kann zum Diffundieren der Source- und Drainzonen auch durch eine andere Maskierungsschicht ersetzt werden, die z. ß. aus Schichten von Siliciumoxid und von polykristallinem Silicium oder Molybdän zusammengesetzt ist.
Vorzugsweise wird der Kanalunterbrecher mit einer die Oberflächenkonzentration der anderen Verunreinigung in den Source- und Drainzonen unterschreitenden Konzentration der Verunreinigung angebracht.
Vorzugsweise wird nach Durchführung der Oxidationsbehandlung Gallium oder Aluminium als Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers 9 diffundiert. Durch die Anwendung dieser Elemente wird die Anzahl von Möglichkeiten zur Bildung des Kanalunterbruchers in dem Siliciumkörper vergrößert, wie nachsteheno noch näher beschrieben wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird die Maskierunjjsschicht 2 ■uf der Oberfläche des für das Kanalgebiet 7 bestimmten Teiles des Siliciumkörpers 1 und auf der Oberfläche der zu diffundierenden Source- und Drainzonen 5 und 6 angebracht (siehe Fig, I). Dann wird die versenkte Oxidschicht B gebildet und Öffnungen 3 und 4 (siehe Fig.2) in der Maskierungsschicht zum Eindiffundieren der anderen Verunreini gung in den Siliciumkörper angebracht, um die Source- und Drainzonen 5 und 6 zu erhalten, (n einer Stufe nach dem Anbringen der Maskierungsschicht wird die Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers eindiffundiert
Es wird z. B. von einem P-leitenden Siliciumkörper 1
ίο (siehe Fig. 1) mit einem spezifischen Widerstand von z.B. 10 ω cm und einer Dicke von etwa 200 um ausgegangen. Die weiteren Abmessungen des Siliciumkörpers sind nicht wesentlich und sollen nur genügend groß sein, um die Anbringung des Feldeffekttransistors zu ermöglichen. Gewöhnlich werden in einem Siliciumkörper gleichzeitig eine Anzahl von Feldeffekttransistoren angebracht, wonach dann der Siliciumkörper unterteilt wird, z. B. nachdem eine Anzahl Feldeffekttransistoren in integrierten Schaltungen miteinander verbunden worden sind.
Auf dem Siliciumkörper wird e.*ü Siliciumnitrid schicht mit einer Dicke von etwa 0,2 μι.ι angebracht. Diese Schicht kann auf übliche Weise dadurch angebracht werden, daß ein Gemisch von Silar und Ammoniak bei 10000C über den Körper geführt wird. Silicium^trid hat eine maskierende Wirkung gegen Oxidation.
Mit Hilfe einer üblichen Photomaskierungstechnik wird mit Ausnahme des Teiles 2, de·· eine Breite von
ίο etwa 65 μηη aufweist, die Siliciumnitridschicht entfernt. Dann wird die versenkte Siliciumoxidschicht 8 mit einer Dicke von etwa 0,8 μπι durch Oxidation angebracht Zu diesem Zweck wird z. B. Dampf über den Siliciumkörper, der auf einer Temperatur von etwa 1000° C
ü gehalten wird, geführt, bis die erwünschte Dicke erreicht ist Die Siliciumoxidschicht 8 ist über eine Dicke von etwa 035 μΐη in den Siliciumkörper 1 versenkt.
Dann wird unter Verwendung der Siliciumnitridschicht 2 als Diffusionsmaske Gallium oder Aluminium über die Siliciumoxidschicht 8 in den Siliciumkörper zum Erzeugen des unterhalb der Siliciumoxidschicht 8 liegenden Kanalunterbrechers 9 eindiffundiert.
Zu diesem Zweck wird bei Diffusion von Aluminium der Siliciumkörper in einen Aluminiumoxidkübel ge· setzt, der mit Hilfe eines Aluminiumoxyddeckels verschlossen wird. In dem Kübel befindet sich auch eine Legierung von 10 Gew.-% Aluminium und 90 Gew.-% Silicium. Bei Erhitzung während 60 Minuten auf 1000° C in einem Wasserstoffstrom wird Aluminium über eine Tiefe von etwa 1 μπι in den Siliciumkörper eindiffundiert. Die Oberfläche ^konzentration beträgt 5.10" Ato me/cm'.
Bei Diffusion von Gallium wird Siliciumpulver ve-we idit, das 1018 Atome/cm' Gallium enthalt, während nun 20 Minuten lang auf 10000C im Vakuum ertvtzt wird. Die Diffusionsiiefe und die Oberflächenkonzentration des Galliums sind praktisch gleich den entsprechenden Werten von Aluminium. Die erwähnten Oberflächenkonzentrationen werden bei der folgenden Oxida-
bo tionsbehandlung etwas geringer.
Anschließend werden auf übliche Weise in die Siliciumnitridschicht 2 die öffnungen 3 und 4 mit einer Breite von etwa 25 μπι mit Hilfe warmer Phosphorsäure geätzt (siehe F i g. 2). Die Dicke der Oxidschicht 8 nimmt dabei praktisch nicht -»b.
Über die öffnungen 3 und 4 wird Phosphor in den Siliciumkörper 1 eindiffundiert. Zu diesem Zweck wird der Siliciumkörper zusammen mit einer Menge mit
Phosphor dotierten Siliciumpulvers während etwa 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 1000°C in einem evakuierten Quarzrohr ernjlz(i wonach der Siliciumkörper aus dem Quarzrohr entfernt wird.
Der Siliciumkörper wird dann auf eine Temperatur von etwa 10000C erhitzt, wobei Dampf über den Körper 1 geführt wird, bis in den Öffnungen 3 und 4 Siliciumoxidschichten 12 und 13 (siehe F i g. 3) mit einer Dicke von etwa 0,4 μπι erzeugt sind. Die Siliciumoxidschicht 8 wird dabei dicker und erreicht eine Dicke von κι etwa 0,9 (tm. Pie Oberflächenkonzentration des Phosphors indem Siliciumkörper beträgt etwa 5.1O1** Atome/ cm1.
Der Phosphor diffundiert während des Oxydationsvorgangs weiter. Die N-Ieitenden Source- und Drainzo- is nen 5 und 6 erhallen dabei eine Dicke von gut I μιη.
Die auf dem Kanalgebiet 7 liegende Siliciumnitridschicht 11 kann durch eine Siliciumoxidschicht 14 ersetzt werden, die dünner als die versenkte Oxidschicht ist, wonach auf dieser dünnen Schicht die Torelektrode 10 angebracht wird.
Auf übliche Weise werden die Source- und Drainzonen und die Torelektrode mit Stromleitern versehen.
Statt durch Gallium oder Aluminium kann z. B. vor dem Anbringen der Schicht 8 der Kanalunterbrecher 9 ?, durch Diffusion von z. B. Bor erzeugt werden.
Auch kann Gallium oder Aluminium diffundiert werden, nachdem Phosphor diffundiert worden ist oder nachdem in den Öffnungen 3 und 4 die Siliciumoxidschichten 12 und 13 gebildet sind, wobei dafür gesorgt werden muß, daß die Source- und Drainzonen nicht überdotiert werden.
Auch kann die Diffusion einer Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers mit Verfahren kombiniert werden, bei denen die Siticiumnitridschicht 2 sich anfänglich nicht über das in F i g. 1 gezeigte Gebiet, sondern nur über das in Fig.2 dargestellte Gebiet erstreckt. Dann kann die versenkte Oxidschicht angebracht und die Source- und Drainzonen diffundiert werden; das Eindiffundieren der Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunlerbreihcrs kann diesen Schritten vorangehen oder folgen.
Auch kann die Siliciumnitridschicht als Diffusionsmaske für die Phosphordiffusion verwendet werden, wonach der nicht auf dem KanalKcbiet liegende Teil der Siliciumnitridschicht entfernt und die außerhalb des Kanalgebietes liegende Siliciurnoberfläche oxidiert wird. Vor oder nach der Oxidation kann dann die Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers diffundiert werden.
Die Maskierungsschicht kann statt aus Siliciumnitrid auch aus einem anderen gegen Oxidation maskierenden Material, wie einer Doppclschicht aus Aluminiumoxid und Siliciumoxid, bestehen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper aus Silicium vom ersten Leitungstyp, in dem zwei Oberflächenzonen vom entgegengesetzten Leitungstyp angebracht werden, die die Source- und die Drainzone eines Feldeffekttransistors mit isolierter Gate-Elektrode bilden, wobei zwischen der Source- und der Drainzone sich das an die Siliciumoberfläche grenzende Kanalgebiet des Feldeffekttransistors erstreckt, bei dem auf einem das Kanalgebiet umfassenden Teil des Siliciumkörpers eine gegen Oxidation maskierende Schicht angebracht wird, die wenigstens über einen Teil ihrer Dicke aus einem von Siliciumoxid verschiedenen Material besteht, und bei dem ferner der nicht gegen Oxidation maskierte Teil der Oberfläche des Siliciumkörpers einer Oxidationsbehandlung unterworfen wird, um eine wenigstens über einen Teil ihrer Dicke in den Siliciumkörper versenkte Siliciumoxidschicht zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung der gegen Oxidation maskierenden Schicht als Diffusionsmaske eine den ersten Leitungstyp erzeugende Verunreinigung in den Siliciumkörper eindiffundiert wird, so daß ein unterhalb der versenkten Silicijmoxidschicht liegender, eine höhere Dotierungskonzentration als der angrenzende Teil des Siliciumkörpers aufweisender und an die Source- und die Drainzone angrenzender Kanalunterbrecher entsteht.
2. Verfahi ^ η nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der iuf dem Kanalgebiet liegende Teil der gegen Oxidation maskierenden Schicht als Teil einer Diffusionr-naske beim Eindiffundieren einer Verunreinigung in den Siliciumkörper zum Erzeugen der Source- und Drainzone verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalunterbrecher mit einer die Oberflächenkonzentration der Verunreinigung in der Source- und der Drainzone unterschreitenden Verunreinigungskonzentration erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Durchführung der Oxida tionsbehandlung Gallium oder Aluminium als Verunreinigung zum Erzeugen des Kanalunterbrechers diffundiert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gegen Oxidation maskierende Schicht auf der Oberfläche des für das Kanalgebiet bestimmten Teiles des Siliciumkörpers und auf der Oberfläche der zu diffundierenden Source- und Drainzone angebracht wird, wonach die versenkte Oxidschicht gebildet wird und Öffnungen in der gegen Oxidation maskierenden Schicht zum Eindiffundieren der Verunreinigung zum Erzeugen der Source- und der Drainznne in den Siliciumkörper angebracht werden.
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