DE2157633A1 - Verfahren zur planaren diffusion von zonen einer monolithisch integrierten festkoerperschaltung - Google Patents

Description

Deutsche ITT Industrios GmbH , W. Kraft 9

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Go/kn

9. Nov. 1971

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Verfahren zur planaren Diffusion von Zonen einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung

Die Erfindung bezieht sich auf das allgemein bekannte Verfahren zur planaren Diffusion von Zonen einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung, wie es beispielsweise aus der Zeitschrift "Scientia Electrica", Band X (1964), Seiten 115 bis 119 bekannt war. Bei diesem Verfahren werden die Zonen der Elemente der monolithischen Festkörperschaltung durch vier aufeinanderfolgende Pianarprozesse erzeugt, die aus je einem photolithographischen Prozeß unter Erzeugung von öffnungen in einer Isolierschicht zum Herstellen je einer Diffusionsmaske und einem anschließenden Planardiffusionsprozeß bestehen. Diese Planarprozesse beziehen sich auf die Planardiffusionen von 1.) Halbleiterschichten, sogenannten begrabenen Schichten, welche in die mit einer einkristallinen Halbleiterschicht zu versehende Oberflächenseite eines plattenförmigen Halbleiterkörpers eindiffundiert werden, 2.) Isoi ierzonen, welche zur elektrischen Trennung der Halbleiterelemente

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dienen, 3.) Basiszonen und 4.) dritten Zonen, wozu insbesondere Emitterzonen und Kollektorkontaktzonen zu rechnen sind.■

Für jeden der auf einen Planardiffusionsprozeß erforderlichen photolithographischen Prozeß zur Herstellung der Diffusionsöffnungen für einen anschließenden weiteren Planardiffusionsprozeß ist eine sorgfältige Ausrichtung der erforderlichen Photomaske mit dem Muster der zu diffundierenden Struktur in bezug auf die Anordnung der bereits diffundierten Struktur auf der als Ätzmaske zu verwendenden Photolackschicht erforderlich, um vor allem Kurzschlüsse zu verhindern und gleichmäßige Zonenabstände entsprechend den geforderten elektrischen Werten zu gewährleisten. Da sich aber Ausricht- und Photomaskenfehler nicht völlig vermeiden lassen, sind bei der Auslegung der Strukturen Mindestabstände, sogenannte Sicherheitsabstände, einzuhalten. Da diese Sicherheitsabstände umso größer zu bemessen sind, je mehr photolithographische Prozesse erforderlich sind, ist man bestrebt, möglichst mit den oben genannten vier Planarprozessen zur Diffusion sämtlicher Zonen für alle Elemente der herzustellenden -Festkörperschaltung auszukommen. So wird beispielsweise gleichzeitig mit dem Planarprozeß zur Herstellung der Emitterzone als dritte Zone zusätzlich die Kollektorkontaktzone hergestellt. Die Photomaske für die Emitterzonen weist also zusätzlich die Struktur für die Kollektorkontaktzonen auf. In gleicher Weise werden beispielsweise auch gleichzeitig die Zonen von integrierten Kapazitäten und integrierten Widerständen bei dem Emitterzonenplanarprozeß und Basiszonenplanarprozeß hergestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeit zu geben, die Sicherheitsabstände auf einen Mindestabstand zu bringen und damit die an einem plattenförmigen Halbleiterkörper erfolgende Fertigung einer Vielzahl von monolithischen Festkörperschaltungen mit dichtesten Abständen der Zonen und sehr kleinen Abmessungen in der Geometrie der Einzelelementstrukturen zu ermög-

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lichen. Ferner soll die Ausbeute an brauchbaren Festkörperschaltungen pro plattenförmiger Halbleiterkörper erhöht werden.

Die Erfindung geht zunächst von der im allgemeinen zulässigen Voraussetzung aus, daß bei dem Planarprozeß zum Herstellen der hochdotierten Halbleiterschicht an der Grenzfläche zwischen dem plattenförmigen Halbleiterkörper und der darauf zumeist epitaxial aufgebrachten Oberflächenschichten keine außergewöhnliche Genauigkeit gefordert werden muß.

Zur Erleichterung des Verständnisses und Vereinfachung der Beschreibung wird die· Erfindung im folgenden auf die Herstellung einer monolithisch .integrierten Festkörperschaltung bezogen. Selbstverständlich werden in der Fertigung vorteilhaft eine Vielzahl solcher gleichartiger Festkörperschaltungen an einem plattenförmigen Halbleiterkörper hergestellt, wie es allgemein üblich ist. ■

Bei der folgenden Beschreibung der Erfindung ist ferner zu beachten,, daß auch der andere Leitfähigkeitstyp verwendbar ist, falls nur der eine der zwei Leitfähigkeitstypen genannt wird.

Entsprechend dem bekannten Stand der Technik betrifft die Erfin- " dung ein Verfahren zur planaren Diffusion von Zonen einer monolithisch integrierten Festkörperschaltung, bei welchem Verfahren eine einkristalline Oberflächenschicht aus Halbleitermaterial des einen Leitfähigkeitstyps auf der teilweise mit mindestens einer Halbleiterschicht dieses einen Leitfähigkeitstyps versehenen Oberflächenseite eines plattenförmigen Halbleiterkörpers des anderen Leitfähigkeitstyps aufgebracht wird und nach Aufbringen je einer Diffusionsmaske mit Diffusionsöffnungen in die Oberflächenschicht mindestens eine erste Isolierzone durch eine Isolierzonendiffusionsöffnung, mindestens eine Basiszone durch eine Basiszonen-

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diffusionsöffnung und mindestens eine dritte Zone durch eine Einitterdiffusionsöffnung eindiffundiert werden.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außer einer bei einem ersten Prozeß aufgebrachten ersten Diffusionsmaske, welche sämtliche Öffnungen entsprechend den Strukturen einer Grundmaske aufweist, bei folgenden Prozessen •Maskierungsschichten verwendet werden, welche ausschließlich Teilstrukturen der Grundmaske in gleichen oder gleichmäßig über die Ränder der Strukturen der Grundmäske veränderten Abmessungen enthalten.

Es ist besonders vorteilhaft, bei einem solchen Verfahren nach der Erfindung außer der bei dem ersten Prozeß aufgebrachten ersten Diffusionsmaske und bei den folgenden Prozessen verwendeten Maskierungsschichten Masken, wie Photolackmasken und Photomasken zur Belichtung von Photolackschichten, zu verwenden, welche ebenfalls wie die Maskierungsschichten ausschließlich Teilstrukturen der Grundmaske in gleichen oder gleichmäßig über die Ränder der Grundmaskenstruktur veränderten Abmessungen enthalten.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, vor allen solchen Prozessen, welche eine besonders große Maßhaltigkeit bezüglich Zuordnung und Abmessungen der öffnungen in einer als Diffusionsmaske verwendeten Isolierschicht erfordern, eine Diffusionsmaske mit sämtlichen für diese Prozesse größerer Genauigkeit erforderlichen öffnungen entsprechend einer Grundmaske aufzubringen, aus welcher Grundmaske die. weiteren iufdiese Prozesse benötigten Masken bzw. Maskierungen lediglich durch gleichmäßiges Vergrößern oder Verschließen oder vollständiges Verschließen der Öffnungen der Grundmaske herstellbar sind. Diese weiteren Masken bzw. Maskierungen weisen nämlich in bezug auf die Grundmaske -

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und damit auch auf die erste Diffusionsmaske - besonders geringe Fehler auf, da sie eine besonders einfache negative oder positive Abwandlung der Grundmaske darstellen. Es ergibt s.ich dann auch der Vorteil, daß die der Gründmaske entsprechende erste Diffusionsmaske für alle weiteren planaren Diffusionsprozesse erhöhter Genauigkeit in der Weise verwendbar ist, daß die für einen Planardiffusionsprozeß nicht benötigten öffnungen mit einer weiteren ■ Diffusionsmaske geringerer Genauigkeit bezüglich der ersten Diffusionsmaske verschlossen werden können, zu deren Herstellung keine oder lediglich eine Ätzmaskierung geringer Genauigkeit beispielsweise aus Photolack - verwendet werden kann, wie noch (( anhand der Ausführungsbeispiele erläutert wird.

Am vorteilhaftesten wird diese weitere Diffusionsmaske aus. einem Material hergestellt, welches leichter ätzbar ist als das Material der ersten Diffusionsmaske. Angaben über brauchbare Materiälpaare mit entsprechenden Ätzmitteln finden sich in der Literatur. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus der DOS 1 948 923 bekannt, daß durch die Verwendung von einer ersten mit einem ersten, aber nicht mit einem zweiten Ätzmittel und einer zweiten mit einem zweiten, aber nicht mit dem ersten Ätzmittel ätzbaren Diffusionsmaske die Ausrichtung nacheinander auf einer Halbleiteroberfläche aufzubringenden Masken sichergestellt bzw. vermieden ä werden kann. Als Materialien für die Diffusionsmasken werden Siliciumdioxid, welches mit einer ammoniumchloridgepufferten Lösung von Flußsäure ätzbar ist, und als weiteres Material Siliciumnitrid verwendet, welches durch Ammoniumhypophosphat angegriffen wird.

Bezüglich Siliciumdioxid und Siliciumnitrid wird im gleichen Zusammenhang auf die Zeitschrift "Journal of the Electrochemical Society" (August 19 67), Seiten 869 bis 872 verwiesen. Es können aber auch Materialien - beispielsweise dotierte Gläser - verwendet

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werden, welche durch bestimmte Zusätze gegen bestimmte Ätzmittel unterschiedlich ätzbar gemacht werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ist'besonders günstig zur niederohmigen Kontaktierung der Basiszone eines Planartransistorelements mittels einer Basiskontaktzone, da diese in der Fertigung reproduzierbar auf einen äußerst geringen Abstand zur Basiszone gebracht werden kann. Die Breite des Steges in der ersten Diffusionsmaske, also der Abstand der Ränder der Basiszonendiffusionsöffnung und der Basiskontaktzonendiffusionsöffnung, kann innerhalb des Diffusionsbereiches der Dotierungen beider Zonen gewählt werden. Dies bedeutet, daß die beiden Zonen zumindest während der auf die Basiszonendiffusion folgenden Wärmebehandlung unter kontaktierender Berührung der Zonen ineinanderdiffundieren. .

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in der

die Figuren 1 bis 8 ausschnittsweise Querschnitte senkrecht zur Oberflächenseite eines Halbleiterkörpers bedeuten, an denen eine erste Ausführungsform der Erfindung zum Herstellen eines Planartransistorelements erläutert wird,

die Figuren 2·, 3', 4' und 5' in Abwandlung der anhand der Figuren 1 bis 8 erläuterten Ausführungsform eine zweite Ausführungsform betreffen und

die Fig. 9 die Herstellung eines ohmschen Spannungsteilerelements einer monolithischen Festkörperschaltung nach dem Verfahren der Erfindung betrifft.

Die ersten beiden Ausführungsbeispiele des Verfahrens der Erfindung betreffen die Herstellung eines noch zu kontaktierenden

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Planartransistorelements gemäß den Figuren 7 oder 8. Zur Herstellung dieses Planartransistorelements wird von einem plattenförmigen Halbleiterkörper 1 des einen Leitfähigkeitstyps ausgegangen _r in dessen einer Oberflächenseite eine hochdotierte Halbleiterschicht 2 des anderen Leitfähigkeitstyps.eindiffundiert ist. Auf diesem Halbleiterkörper 1 wird eine halbleitende Oberflächenschicht 3 des anderen Leitfähigkeitstyps, vorzugsweise durch Epitaxie, aufgebracht. Bezüglich dieser Halbleiterschicht 2 ist bei der Herstellung des Planartransistorelements zu beachten, daß sie die Basiskontaktzone 11 überdeckt, was aber ohne besondere \ Forderung an die Genauigkeit beim Ausrichten während des ersten Prozesses zur Herstellung der ersten Diffusionsmaske 4 in bezug auf die Lage der Halbleiterschicht 2.möglich ist. Eine besondere Bemessung der Dotierungskonzentration der Halbleiterschicht 2 im Vergleich zur Dotierungskonzentration des Halbleiterkörpers 1 macht es möglich, gewisse Nachteile bei der Diffusion der Basiskontaktzone 11 gleichzeitig mit der Diffusion der Isolierzone 10 zu kompensieren, worauf im folgenden noch näher eingegangen wird.

Die Isolierzone 10 vom Leitfähigkeitstyp des Halbleiterkörpers 1 umgibt rahmenförmig die Kollektorzone des Planartransistorelements zur gleichstrommäßigen Trennung gegen die übrigen Halblei- ^ terlemente der monolithischen Festkörperschaltung.

Bei den Aüsführungsbeispielen wird zunächst in einem beispielsweise p-leitenden plattenförmigen Halbleiterkörper die n-leitende Halbleiterschicht unter Anwendung des photolithographischen Prozesses in Verbindung mit dem Planardiffusionsverfahren hergestellt. Auf diesem Körper wird eine η-leitende Oberflächenschicht aus Silicium in einer Dicke von 10 .um epitaktisch aufgebracht. Anschließend wird in einem thermischen Oxidationsprozeß eine 0,5 bis 1 um starke Oxidschicht hergestellt.

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Nun wird nach dem Verfahren der Erfindung auf den mit der halbleitenden Oberflächenschicht 3 und der Halbleiterschicht 2 versehenen Halbleiterkörper 1 die erste Diffusionsmaske 4 mit sämtlichen öffnungen entsprechend einer Grundmaske gemäß der Fig. 1 aufgebracht. In dieser Diffusionsmaske 4 befinden sich also eine rahmenförmige Isolierzonendiffusionsöffnung 5, eine Basiszonen- j diffusionsöffnung 7, die vorzugsweise zugleich als Emitterzonendiffusionsöffnung verwendet wird, und eine Basiskontaktzonendiffus ionsöffnung 6 innerhalb des Diffusionsbereichs der Dotie- · rungen zu der Halbleiterschicht 2 und der z,u diffundierenden Basiszone. Abstände und geometrische Zuordnung der öffnungen in der ersten Diffusionsmaske 4 sind also durch einen einzigen Prozeß festgelegt, wozu vorzugsweise das allgemein bekannte photolithographische Verfahren zur Herstellung von Ätzmaskierungen aus gehärtetem Photolack angewendet wird. Zur Belichtung der ■■■·"" Photolackschicht dient dabei, je nach Verwendung von positivem oder negativem Photolack, die Grundmaske selbst oder ihr Negativ als Vorlage.

Soll nun ein besonders geringer Kollektorbahnwiderstand erreicht werden, so wird in der ersten Diffusionsmaske 4 zusätzlich die Kollektorkontaktzonendiffusionsöffnung 8 vorgesehen, da sie in geringsten Sicherheitsabstand zur Basiszonendiffusionsöffnung 7 zu bringen ist. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht auch bezüglich des Kollektorbahnwiderstandes die Einstellung sehr niedriger Werte, da sehr geringe Abstände zwischen der Basiszone 12 und der Kollektorkontaktierungszone 13 reproduzierbar eingehalten werden können. Aus diesem Grund ist gemäß der Fig. 1 bereits in der ersten Diffusionsmaske 4 die Kollektorkontaktzonendiffusionsöffnung 8 zur Diffusion einer Kollektorkontaktierungszone 13 vom Leitfähigkeitstyp der Oberflächenschicht 3 angebracht. Die zusätzliche Kollektorkontaktzonehdiffusionsöffnung 8 kann in einem Abstand von weniger als der Abstand der Halbleiterschicht 2 zu dem noch zu diffundierenden pn-übergang 14 zwischen der Basiszone

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und der Basiszonendiffusionsöffnung 7 in der ersten Diffusionsmaske hergestellt werden.

Gemäß der Fig. 2 werden nun sämtliche.Diffusionsöffnungen 5, 6, 7 und 8 geschlossen, indem nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung über die ganze Anordnung eine Maskierungsschicht 9, vorzugsweise aus Fremdoxid, aus einem leichter als die erste Diffusionsmaske 4 ätzbaren Material aufgebracht wird. Abgesehen von den bereits oben erwähnten Materialien und Ätzmitteln kann eine erste Diffusionsmaske 4 aμs^Siliciumoxid, welches vorzugsweise an der freien Oberfläche mit Bortrioxid angereichert ist, | und eine zweite Diffusionsmaske aus phosphordotiertem Siliciumoxidglas aufgebracht werden. Letztere wird aus der Fremdoxidschicht 9 durch eine Ätzbehandlung in einer flußsäurehaltigen Ätzlösung mit Ammoniumfluorid (NH₄F) hergestellt. Zu diesem Zweck wird ebenfalls das bekannte photolithographische Verfahren zur Ätzmaskierung angewendet, wobei aber keine besondere Genauigkeit bei der Ausrichtung der Photomaske in bezug auf die erste Diffusionsmaske 4 erforderlich ist. Auf diese Weise wird nach Ablösen der Photolackmaske und anschließender Ätzbehandlung in der flußsäurehaltigen Ätzlösung mit Ammoniumfluorid eine Struktur gemäß der Fig. 3 erhalten, wobei die bei dem ersten Diffusionsprozeß benötigten) öffnungen 5 und 6 in der Diffusionsmaske 4 λ wieder geöffnet worden sind. Bei diesem zweiten auf den ersten Prozeß des Aufbr'ingens der ersten Diffusionsmaske 4 erfolgenden zweiten Prozeß werden schließlich die Isolierzone 10 und die Basiskontaktzone 11 diffundiert, wie die Fig. 4 veranschaulicht.

Die für die Herstellung der Ätzmaskierung aus Photolack erforderliche Maske wird aus der Grundmaske durch vollständiges Verschliessen der den öffnungen 7 und 8 der Diffusionsmaske 4 entsprechenden öffnungen in der Grundmaske und durch gleichmäßiges Vergrößern der den öffnungen 5 und 6 in der Diffusionsmaske 4 entsprechenden

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Öffnungen in der Grundmaske hergestellt. Dies begünstigt aber weniger die an dieser Stelle nicht zu fordernde besondere Genauigkeit, sondern die einfachere Herstellbarkeit der betreffenden Maske aus der Grundmaske. " ·

Um ein zu starkes Auflaufen der Basiskontaktzone 11 auf die Halbleiterschicht 2 zu verhindern, was eine Erniedrigung der Abbruchsspannung zwischen der Basiszone 12 und der Kollektorzone des Planartransistorelements bedeutet, wird die Dotierungskonzentration im Halbleiterkörper 1 relativ hoch gewählt. Dadurch sind erniedrigte Diffusionszeiten möglich, da die Isolierzone 10 bereits früher als bei relativ, niedrigen Dotierungskonzentrationen durch die aus dem Halbleiterkörper 1-in die Oberflächenschicht 3 diffundierenden Dotierungen verbunden wird. Beim Ausführungsbexspiel wurde eine antimondotierte Halbleiterschicht mit einem Schichtwiderstand von 10-5 Ohm/cm und der Halbleiterkörper 1 mit Bor entsprechend einem spezifischen Widerstand von 0,2 .3,0 Ohm·cm dotiert.

Als nächstes wird nun gemäß der Fig. 5 die Öffnung 8 der Diffusionsmaske 4 wieder mit einer leichter als die erste Diffusionsmaske 4 ätzbaren zweiten Diffusionsmaske geschlossen. Dies geschieht in gleicher Weise, wie anhand der Figuren 2 und 3 beschrieben wurde. Zu diesem Zweck wird aber eine Photomaske verwendet, welche lediglich an der Stelle der Öffnung 8 eine gleichmäßig über die Ränder vergrößerte, gegen Ultraviolettlicht durchlässige Struktur aufweist. Die den übrigen Öffnungen entsprechenden Strukturen sind vollständig verschlossen. Wird nun eine bei Ultraviolettbestrahlung aushärtende Photolackschicht aufgebracht und anschließend durch eine solche Photomaske belichtet, so verbleibt nach Ablösen des nicht belichteten Photolacks durch ein geeignetes Lösungsmittel an der Stelle 8 eine Ätzmaske, welche die Schicht des leichter als die erste Diffusionsmaske ätzbaren Materials abdeckt. Es verbleibt also nach Anwenden eines ent-

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sprechenden Ätzmittels und Ablösen der restlichen Teile der Photolackmaske die Struktur gemäß.der Fig. 5 mit .verschlossener Öffnung 8. Aus dieser Fig. 5 ist auch ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen Arbeitsgänge zum Verschließen der Öffnung 8 eine wesentlich geringere Genauigkeit des Ausrichtens in bezug auf die, erste Diffusionsmaske 4 erfordern, da die zweite Diffusionsmaske 9 die erste Diffusionsmaske 4 an den Rändern, überlappt. Diese Überlappung kann wesentlich größer als die Sicherheitsabstände gewählt werden.

Zur niederohmigen Kontaktierung der anschließend zu diffundierenden ™ Basiszone 12 soll die Breite des Maskierungsstegs 16 so bemessen sein, daß die seitliche Diffusion der p-dotierenden Verunreinigungen jeweils den jenseits der Diffusionsfrontliegenden Rand des Maskierungsstegs 16 erreichen..In diesem Fall ist der Abstand der Ränder der Basiszonendiffusionsöffnung 7 und der Basiskontaktzonendiffusionsöffnung 6 größer als die Diffusionstiefe der Basiszone.

Bei der nun folgenden Basiszonendiffusion wird die Basiszone 12 mit der Basiskontaktzone 11 kontaktierend unter dem 'Maskierungssteg 16 vereinigt. Wird keine besonders niederohmige Kontaktierung

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gefordert, so sollte aber gewährleistet sein, daß die Basiszone sich mit der. Basiskoiitaktzone 11 zumindest während der auf die i Basiszonendiffusion folgenden Temperaturbehandlung des Halbleiterkörpers vereinigt. Die Basiszonendiffusion kann unter Verwendung von (feor als Dotierungsmittel in inerter oder leicht oxidierender oder auch wechselnd inerter/oxidierender Atmosphäre erfolgen. Bei der Aufbringung des Bors ist es zweckmäßig, keine zu stärke Borglasbelegung zu erzeugen, um eine optimale Erhaltung der Maskierungsschichten zu erzielen. Man kann diese Diffusion zweckmäßigerweise unter Verwendung einer definiert oxidierten Bornitridschicht als Diffusionsquelle in inerter Atmosphäre oder auch mit einem Borhalogenid in Stickstoffatmosphäre unter Zusatz von Methanoldampf durchführen»

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Nach, dieser Basiszonendiffusion wird während des folgenden vierten Prozesses das restliche Material 9 der zuletzt verwendeten Diffusionsmaske mittels einer die erste Diffusionsmaske nicht oder wesentlich schwächer als das Material 9 angreifenden Ätzbehandlung vollständig entfernt und die Emitterzonendiffusion durchgeführt. Bei dieser Emitterzonendiffusion wird gleichzeitig mit der Emitterzone 15 die Kollektorkontaktierungszone 13 gemäß der Fig. 7 erzeugt, da bei der vorausgehenden Ätzbehandlung auch die dafür vorgesehene Diffusionsöffnung 8 in-der ersten Diffusions-" maske 4 geöffnet wurde, wie die Fig. 6 zeigt. Die Entfernung des Materials der zweiten Diffusionsmaske 9 kann durch eine, einfache Tauchätzung erfolgen.

Wird bei der Emitterdiffusion eine kleinere Dotierungskonzentration,, beispielsweise aus Phosphoratomen, als bei den vorhergehenden Diffusionen der p-leitenden Basiskontaktxerungszone Il und der Isolierzone 10 gewählt, so können die Diffusionsfenster 5, 6 mit 7 offenbleiben. Wird aber eine höhere Dotierungskonzentration bei der Emitterdiffusion als bei den vorausgehenden Diffu- . sionen unter p-dotierenden Verunreinigungen (Bor) verwendet, so können zur Verhinderung einer oberflächlichen Umdotierung der p-leitenden Zonen die betreffenden öffnungen 5 und 6 vollständig und 7 teilweise leicht mit einem thermisch erzeugten Oxid abgedeckt werden.

Werden mit dem Transistorelement gleichzeitig diffundierte Widerstände erzeugt, so wird nach der Basiszonendiffusion gegebenenfalls nochmals eine Fremdoxidschicht zur Verhinderung der. Phosphordiffusion aufgebracht und anschließend der Kollektorkontakt und die Emitterdiffusion mit Phosphor geöffnet.

Nach der Emitterdiffusion kann eine kurze normale thermische Oxidation unter Bildung einer Oxidschicht 17 gemäß der Fig. 8 erfolgen.' Zum Herstellen der Kontaktöffnungen für die in den Figuren

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nicht gezeigten Kontakte für die Basiszone 12, die Emitterzone 15 und die Kollektorkontaktzone 13 kann als P.hotomaske zur Erzeugung • der Photolackätzmaskierung wieder die Grundmaske als Vorlage verwendet werden. Liegt also die Grundmäske in Form eines Negativs der ersten Diffusionsmaske 4 vor, d.h. mit einer ultraviolettundurchlässigen Struktur entsprechend den öffnungen der ersten Diffusionsmaske, so werden die den öffnungen 5 entsprechenden , Maskierungsstrukturen vollständig fortgelassen und im Falle nicht beabsichtigter Kontaktierung die den öffnungen 6, 7 und 8 entsprechenden Maskehstrukturen gleichmäßig eingeengt. Durch eine derartig ausgelegte Photomaske kann dann nach Ausrichtung auf einer g bei Ultraviolettbestrahlung aushärtenden Photolackschicht die Photolackätzmaske zum Ätzen der thermisch gewachsenen Schichten über den zu kontaktierenden Zonen hergestellt werden. Danach werden die Emitterzonen, Basiszonen und Kollektorzonen kontaktiert, falls das Halbleiterelement gemäß der Fig. 8 als bipolarer Transistor verwendet werden soll.

Ein solches Halbleiterelement gemäß der Fig. 8 kann natürlich auch als Diode verwendet werden, wobei ein Kontakt weggelassen wird.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß den Figuren 2¹, 3¹, 4' und 5¹ werden unterschiedlich zu den anhand der Figuren 2, 3, 4 und ." 5 erläuterten Arbeitsgängen des ersten Ausführungsbeispiels - mit. die erste Diffusionsmaske 4 überlappenden zweiten Diffusionsmaske 9 - die zweiten Diffusionsmasken innerhalb der öffnungen in der ersten Diffusionsmaske 4 erzeugt. Bei dieser zweiten Ausführungsform werden ausschließlich zweite Diffusionsmasken verwendet, welche durch Reaktion des freiliegenden Halbleitermaterials mit einer geeigneten reaktiven Gasphase unter Bildung einer als Maskierung geeigneten Verbindung des Halbleitermaterials mit einer Komponente der Gasphase hergestellt werden können. Zunächst einmal ist bei Verwendung eines Silicium-Halbleiterkörpers Siliciüm-

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nitrid und Siliciumdioxid als Materialien für die zweite Diffusionsmasice verwendbar.

Es können aber auch Dotierungen sowohl in das Siliciumoxid als ,auch in das Siliciumnitrid/ vorzugsweise bei der Reaktion mit der Gasphase, eingebracht werden, welche die Diffusionsmasken gegen bestimmte Ätzmittel unterschiedlich ätzbar machen. Eine geeignete Kombination besteht darin, daß eine erste Diffusionsmaske 4 aus bordotiertem Siliciumoxid und eine zweite Diffusionsmaske aus phosphordotiertem Siliciumoxid aufgebracht und eine Ätzbehandlung in einer flußsäurehaltigen Ätzlösung mit Ammoniumfluorid durchgeführt wird.

Unter Anwendung solcher Verfahren zur Herstellung einer zweiten Diffusionsmaske 9 aus einer geeigneten Verbindung mit dem Material der Oberflächenschicht 3 werden zunächst gemäß der Pig. 2¹ sämtliche öffnungen in der ersten Diffusionsmaske 4 mit einer leichter .oder schneller als die erste Diffusionsmaske 4 ätzbaren zweiten Diffusionsmaske geschlossen, wovon die öffnungen 5 und 6 unter Anwendung eines photolithographischen Prozesses und einer geeigneten Ätzlösung Wieder geöffnet werden. Anschließend werden die Isolierzone 10 und die Basiskontaktzone 11 unter Bildung einer Struktur gemäß der Fig. 4' diffundiert. Während des folgenden dritten Prozesses wird die Basisdiffusionsöffnung 7 zusätzlich geöffnet und ei'ne p-dotierende Diffusion gemäß der Fig, 5¹ durchgeführt. Die öffnung dieser Basisdiffusionsöffnung 7 erfolgt in gleicher Weise wie bei den· anhand der Figuren 2¹ und 3* beschriebenen Arbeitsweisen, d.h. durch Schließen sämtlicher öffnungen und öffnen dieser öffnungen bis auf die öffnung 8 unter Anwendung der Photolithographie. Bei diesem dritten Prozeß, bei dem die Basiszonendiffusionsöffnung 7 geöffnet wird, liegen die gleichen geometrischen Verhältnisse vor wie bei dem ersten·Ausführungsbeispiel, so daß die Basiszone soweit zu diffundieren ist, daß sie die Basiskontaktzone zumindest während der folgenden Temperaturbehandlung des Halbleiterkörpers kontaktiert.

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Während des folgenden vierten Prozesses wird die Emitterdiffusion nach Entfernen der zweiten Diffusionsmaske 9 mittels eines die erste Diffusionsmaske nicht oder wesentlich schwächer als die zweite Diffusionsmaske 9 angreifenden Ätzmittels durchgeführt, so daß wieder eine Struktur gemäß der Fig. 6 erhalten wird. Die weiteren Arbeitsgänge entsprechen den beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen. ,

Die Fig. 9 betrifft ein ausschnittsweise im Querschnitt senkrecht zur Oberflächenseite eines Haibleiterkörpers dargestelltes ohm- I sches Spannungsteilerelement einer monolithischen Festkörperschaltung, welches ebenfalls durch Planardiffusion in der einkristallinen Oberflächenschicht 3 auf dem Halbleiterkörper 1 hergestellt wird und von der Isolierzone 10 rahmenförmig umgeben ist. Wiederum wird die Oberflächenschicht 3 auf dem mit der Halbleiterschicht 2 versehenen plattenförmigen Halbleiterkörper 1 aufgebracht. Die als Spannungsteiler verwendete Zone umfaßt die zu kontaktierenden Kontaktierungszonen 11 und die Teilzonen 12*. Letztere Teilzonen entsprechen der Basiszone 12 des .Planartransistorelements gemäß der Fig. 8, da sie gleichzeitig mit den Basiszonen 12 der noch zur gleichen monolithisch integrierten Festkörperschaltung gehörenden Planartransistorelemente herge- | stellt werden.Eine derartige Teilzone 12' wird daher ebenfalls als Basiszone bezeichnet.

Bei der Herstellung von monolithischen Festkörperschaltungen mit diffundierten Widerständen oder Spannungsteilern gemäß der Fig. 9 liegt ebenfalls das einleitend erwähnte Problem geringster Sicherheitsabstände vor. Außerdem sollen diffundierte Widerstände bzw. Spannungsteiler von monolithischen Festkörperschaltungen möglichst geringe Toleranzen der Widerstände und damit bezüglich der Abmessungen und Anordnungen der Teilzonen aufweisen. Es ist ebenfalls eine'Möglichkeit erwünscht, sehr kleine Abmessungen so reproduzierbar herzustellen, um auch bei geringem Flächenbedarf größere Wider-

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standswerte zu erhalten. Größere Widerstandswerte können bekanntlich auch dadurch erhalten werden, daß der durch die Teilzone 12' gegebene St romp fad des Widerstandes durch eine Abschnürzone 15 ' vom Leitfähigkeitstyp der Oberflächenschicht 3 eingeschnürt wird. Diese Einschnürzone 15' wird im allgemeinen gleichzeitig mit der Emitterzone 15 eines noch zur monolithisch integrierten Festkörperschaltung gehörenden Planartrahsistorelements gemäß der Fig. 8 hergestellt. Doch auch bezüglich dieser Abschnürzone 15' sind die gleichen Anforderungen an Abmessungen und Abstände zu stellen wie an die Köntaktierungszonen il und die Basiszonen 12 *» Das Verfahren; der Erfindung kann also in gleicher Weise vorteilhaft bei der Herstellung von diffundierten Widerständen gemäß der Fig* 9 angewendet werden» * -

Die unterschiedliche Ätzbarkeit der Dirfuslonsmasken kann auch noch durch Wahl des Dickenverhältnisses beeinflußt werden. Es liegt daher im Rahmen der Erfindung/ auch dickere Diffusionsmasken dort zu verwenden, wo eine schwächere A'tzbarkeit gefordert wird, und dünnere Diffusionsmasken aufzubringen, wenn eine schnellere Ätzung gefordert wird.

Bei der Befolgung der Lehre nach der Erfindung wird also zunächst einmal eine Grundmarke entworfen, deren Struktur der bei dem ersten Prozeß aufgebrachten ersten Diffusionsmaske entspricht. Diese erste Diffusionsmaske hat sämtliche öffnungen für sämtliche Diffusionsprozesse aufzuweisen, zumindest aber für solche Diffusionsprozesse, bei denen die Sicherheitsabstände auf Mindestabstände zu bringen sind, die Ausbeute zu erhöhen ist oder auch Abmessungen' eines Halbleiterbauelements zu verringern sind. Aus dieser'Grundmaske werden dann die Übrigen Masken bzw. Maskierungen entweder entsprechend der Grundmaske, oder deren Negativ hergestellt, wobei zu berücksichtigen ist, ob ein Negativphotolack oder ein Positivphotolack verwendet wird» Aus dieser Grundmaske werden sämtliche weiteren Masken bzw* Maskierungen für auf Äen ersten

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ORIGINAL INSPECTED—

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Diffusionsprozeß folgende Prozesse verwendet, welche mit großer Genauigkeit aus der Grundmaske allein durch gleichmäßiges Vergrößern oder Einengen oder vollständiges Fortlassen der den einzelnen öffnungen der ersten Diffusionsmasken entsprechenden Strukturen der ersten Grundmaske herstellbar sind. Dies ist möglich, da die erste Diffusionsmaske und damit die Grundmaske bereits sämtliche Strukturen für sämtliche Prozesse größerer Genauigkeit enthält. Das gleichmäßige Vergrößern oder Einengen der Strukturen der Grundmaske zum Herstellen einer weiteren Maske hat den Vorteil, daß die weitere Maske auf die bereits hergestellten Strukturen genauer und leichter ausgerichtet werden kann, indem die Struktur ™ der Maske im allseitig gleichmäßigen Abstand zu der bereits auf der Halbleiterplatte vorhandenen ersten Diffusionsmaske 4 gebracht werden kann. Davon sind insbesondere Photomasken zum Herstellen von Kontaktöffnungen und für das Ätzen der Diffusionsöffnungen in der ersten Diffusionsmaske -.4 erforderliche Photolackätzmaskierungen betroffen. Dies sind aber Prozesse, an die keine besonders hohen Anforderungen an Genauigkeit gestellt werden müssen, da diese Prozesse nicht die Abmessungen, Abstände und Zuordnungen der Zonen beeinflussen, durch welche Größen die elektrischen Eigenschaften des herzustellenden Halbleiterelementes bzw. der herzustellenden monolithisch integrierten Festkörperschaltung gegeben sind. · I

Der Hauptyorteil des Verfahrens der Erfindung ergibt sich aber daraus, daß eine erste Diffusionsmaske 4 bei einem ersten Prozeß aufgebracht wird, welche bereits sämtliche öffnungen zur Durchführung der Planardiffusion für solche Zonen aufweist, deren Abmessungen, Abstände und Zuordnungen zueinander genau einzuhalten sind. Diese Planarprozesse größerer Genauigkeit werden unter Verwendung derselben Diffusionsmaske 4 durchgeführtι deren Struktur bei einem einzigen photolithographischen Prozeß festgelegt wird. Da somit mehrmaliges Justleren von Photomasken zum Herstellen weiterer Diffusionsmasken wegfällt, sind dichteste Abstände mög-,

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lieh, da sehr kleine Sicherheitsabstände ohne Einbuße an Ausbeute möglich sind. Das Verfahren nach der Erfindung ist somit zu den sogenannten "selbstausrichtenden" (englisch "self-aligning") Diffusionsverfahren zu rechnen.

Die Sicherheitsabstände können etwa auf den vierten bis fünften Teil der bei den bekannten Verfahren üblichen Sicherheitsabstände verringert werden. Es sind daher ohne Einbuße an Ausbeute einzelne Elemente herstellbar, die ein Viertel bis ein Fünftel der Halbleiteroberfläche der bisher erforderlichen Halbleiteroberfläche einnehmen. Dementsprechend werden monolithisch integrierte Festkörperschaltungen mit Abmessungen herstellbar, welche einen Bruchteil der bisher realisierbaren Abmessrungen betragen. Bei diffundierten Widerständen können die Werte genauestens eingehalten werden, was bei Spannungsteilern eine sehr genaue Einhaltung des Teilerverhältnisses bedeutet. Wird einmal eine erste Diffusionsmaske 4 mit größter Perfektion, d.h. möglichst frei von Löchern und Rissen, hergestellt, so bleibt nicht' nur diese Perfektion .erhalten, sondern wird sogar verbessert, da bei folgenden Temperatur-Prozessen möglicherweise noch vorhandene Fehler ausheilen. Die bei der Herstellung der zweiten Diffusionsmaske auftretenden Fehler pflanzen sich also nicht in die erste Diffusionsmaske fort, können also nicht die elektrischen Eigenschaften und die Ausbeute beeinträchtigen,· Unabhängig von der durch Ausschaltung von Ausrichtfehlern au erwartenden Ausbeutesteigerung ist also eine weitere Ausbeuteateigerung durch Ausschalten solcher sich in die erste; Diffusionsmaske fortpflanzenden Maskenfehler zu erwarten.

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Claims (1)

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   PATENTANSPRÜCHE · _f ' ■■

   1, Verfahren zur plan&ren Diffusion von Zonen einer monolithisch integrierten FestkörperSchaltung, bei welchem Verfahren eine einkristalline Oberflächenschicht aus Halbleitermaterial des einen Leitfähigkeitstyps auf der teilweise mit mindestens einer Halbleiterschicht dieses einen Leitfähigkeitstyps versehenen .Oberflächenseite eines plattenförmigen Halbleiterkörper des anderen Leitfähigkeitstyps aufgebracht wird und nach Aufbringen je einer Diffusionsmaske mit Diffusionsöffnungen in die Oberflächenschicht mindestens eine erste Isoilersone durch eine , Isolierzonendiffusionsöffnung, mindestens eine Basiszone durch eine Basiszonendiffusionsöffnung und mindestens eine dritte 2one durch eine Emitteraiffuslonsoffnung eindiffundiert wer*- den_f dadurch gekennzeichnet, daß außer einer bei einem ersten Prozeß aufgebrachten ersten Diffusionsmaske (4) _t welche sämtliche Öffnungen entsprechend den Strukturen einer örundmaske aufweifet,, bei folgende*! Prozeß sen Maskierungsschichten verwendet werden, welche ausschließlich Teilstrukturen der Grundmaske in gleichen* ijder gleichmäßig über die Ränder der Strukturen der Grundmafke veränderten Abmessungen enthalten.

   2* Verfahren nach Anspruch 1# dadurch gekennzeichnet, daß bei einem auf den ersten Prozeß folgenden weiteren Prozeß nicht benötigte Öffnungen in der ersten Diffusionsmaske (4) mit einer leichter oder schneller als die erste Diffusiönsmaske (4) ätz*· baren zweiten Diffusionemaske geschlossen werden und während eines folgenden weiteren Prozesses zumindest teilweise wieder geöffnet werden.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer der bei einem ersieh Prozeß aufgebrachten ersten Diffusionsmaske und den bei folgenden Prozessen verwendeten Maskle-

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   rungsschichten Masken (Photolackmasken, Photomasken) verwendet werden, welche 'ausschließlich Teilstrukturen der Grundmaske in gleichen oder gleichmäßig über die Ränder der Strukturen ■ der Grundmaske veränderten Abmessungen enthalten.

   4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß während eines ersten Prozesses auf die Oberflächenschicht (3) des plattenförmigen Halbleiterkörpers (1) eine erste Diffusionsmaske (4) mit einer Isolierzonendiffusionsöffnung (5), einer Basiszonendiffusionsöffnung (7) und einer Basiskontaktzonendiffuslonsöffnung (6) innerhalb des Diffusionsbereiches der Dotierungen zu einer Halbleiterschicht (2) und zur Basiszone (12) für eine an die Halbleiterschicht (2) und in Kontakt mit der Basiszone (12) zu diffundierende Basiskontakt'zone (11) aufgebracht wird,

   daß während eines folgenden zweiten Prozesses die Basiszonendiffusionsöffnung (7) für die zu kontaktierende Basiszone (12) und für eine anschließend zu diffundierende dritte Zone (15) bzw. Diffusionsöffnungen für anschließend zu diffundierende dritte Zonen (15, 13) mit einer leichter oder schneller als die erste Diffusionsmaske (4) ätzbaren zweiten Diffusionsmaske (9) geschlossen wird bzw. geschlossen werden und mit der Isolierzone (10) die Basiskontaktzone (11) diffundiert wird;·

   daß während eines folgenden dritten Prozesses die Basis-' zonendiffusionsöffnung (7) geöffnet wird und die Basiszone (12) soweit diffundiert wird, daß die Basiszone (12) die Basiskontaktzone (11) zumindest während der folgenden Temperaturbehandlung des Halbleiterkörpers kontaktiert.

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   daß während eines folgenden vierten Prozesses die zweite Diffusionsmaske (9) mittels einer die erste Diffusionsmaske (4) nicht oder wesentlich- schwächer als die zweite Diffusionsmaske (9) angreifenden Ätzbehandlung vollständig entfernt und die Emitterdiffusion durchgeführt wird und

   daß schließlich die Zonen entsprechend ihrer Verwendung , kontaktiert werden. -

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   5. . Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

   beim ersten Prozeß zusätzlich eine Kollektorkontaktzonendiffusionsöffnung (8) zur Diffusion einer Kollektorkontaktierungszone (13) vom Leitfähigkeitstyp der Oberflächenschicht (3) im Abstand zur Basiszonendiffusionsöffnung (7) in der ersten Diffusionsmaske" (4) hergestellt wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Kollektorkontaktzonendiffusionsöffnung (3) in einem Abstand von weniger als der Abstand der Halbleiterschicht (2) zum pn-übergang (14) zwischen der Basiszone (12) und der Basiszonendiffusionsöffnung (7) in der ersten Diffusionsmaske (j (4) hergestellt wird.

   7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Prozeß mit einer höheren Dotierungskonzentration an der Halbleiteroberfläche diffundiert wird als beim dritten ' Prozeß.

   8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Ränder der Basiszonendiffusionsöffnung (7) und der Basiskontaktzonendiffusionsöffnung (6) größer ist als die Diffusionstiefe der Basiszone (12). · . "

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   9. Verfahren -nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Diffusionsmaske (4) aus Siliciumoxid, welche an der freien Oberfläche mit Bortrioxid angereichert äst, und eine zweite Diffusionsmaske aus phosphordotiertem Siliciumoxid aufgebracht und eine Ätzbehandlung in einer flußsäurehaltigen Ätzlösung mit Ammoniumfluorid (NH.F) durchgefürt wird.

   10. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Diffusionsmaske (4) aus Siliciumdioxid und eine zweite Diffusionsmaske (9) aus Siliciumnitrid (Si₃N₄) aufgebracht und eine Ätzbehandlung mit heißer Phosphorsäure durchgeführt wird.

   11. Verfahren nach'Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Diffusionsmaske (4) aus Siliciumnitrid (Si₃N ) und eine zweite Diffusionsmaske (9) aus Siliciumdioxid aufgebracht wird und eine Ätzbehandlung mit einer flußsäurehaltigen Ätzlösung durchgeführt wird.

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