DE2423816A1 - Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen und durch dieses verfahren hergestellte halbleiteranordnungen - Google Patents

Description

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S. S ./?

"Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen und durch dieses Verfahren hergestellte Halbleiteranordnungen" .

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesondere einer monolithischen integrierten Schaltung, bei dem auf einer Seite'eines einkristallinen Siliciumsubstratkörpers durch örtliche Diffusion mindestens einer Verunreinigung in eine praktisch ebene Oberfläche des Substratkörpers gemäss einem bestimmten Muster angeordnete, hochdotierte Zonen angebracht werden und der Substratoberfläche auf dieser Seite eine Profilierung

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gemäss einem Muster gegeben wird, das dem Muster der hochdotierten Zonen entspricht, wonach auf dieser Seite eine epitaktische Siliciumschicht angebracht wird, und dann ein oder mehrere Schaltungselemente unter Verwendung mindestens eines Photoreservierungsschrittes gebildet werden. Der Ausdruck "Photoreservierungsschritt" beschränkt sich hier nicht auf die Anwendung elektromagnetischer Strahlung, sondern schliesst auch die Anwendung von Korpuskularstrahlung, z.B. Elektronenstrahlen, ein.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren, bei dem die an der Substratoberfläche gebildeten hochdotierten Zonen durch planare Techniken angebracht werden, wird im allgemeinen der Diffusionsvorgang in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt, wobei das Silicium an der örtlich unmaskierten Substratoberfläche dort oxidiert wird, wo die hochdotierte Zone gebildet wird. Beim Entfernen der verwendeten Maskierung und des gebildeten Oxids stellt sich heraus, dass die Siliciumoberflache profiliert ist, und zwar derart, dass die Halbleiteroberfläche an der Stelle der gebildeten Diffusionszonen etwas tiefer als an der Stelle der Maskierung liegt.

Wenn auf einer derart profilierten Substratoberfläche eine epitaktische Schicht angebracht wird, stellt sich heraus, dass die Oberfläche der epitak-

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tischen Schicht ebenfalls ein profiliertes Muster erhalten hat, dessen Form deutlich zu dem Muster der Substratoberfläche korreliert ist. Bei dem nächstfolgenden Photoreservierungsschritt zur Herstellung von Halbleiteranordnungen wird die verwendete Photomaske in bezug auf das Oberflächenmuster der epitaktischen Schicht ausgerichtet, wobei angenommen wird, dass dieses Muster eine mehr oder weniger richtige Anzeige über die Lage der durch Diffusion in der Substratoberfläche gebildeten Zonen gibt. Es ist nämlich bekannt derartige Zollen, manchmal auch als "Vergrabene Zonen" bezeichnet, für Isolierungszwecke, zur Herabsetzung des Reihenwiderstandes zwischen einer unter einem pn-Ubergang liegenden Elektrode und einem Oberflächenkontakt oder als tiefliegende leitende Verbindung zu verwenden. Dabei ist eine richtige Anordnung der in der epitaktischen Schicht gebildeten Zonen und der auf dem Silicium anzubringenden Kontakt in bezug auf diese in dem Substrat angebrachten Zonen im allgemeinen von Bedeutung.

Es wurde jedoch gefunden, dass sich die Pro-r filierung bei der epitaktischen Ablagerung lateral verschieben konnte. Diese Erscheinung wird manchmal auch als "Shift" (= Verschiebung) bezeichnet. Die Richtung und die Grosse der lateralen Verschiebung waren im allgemeinen nicht reproduzierbar und konnten an, dem erhaltenen Profil nicht festgestellt werden. Sogar

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konnte das ursprüngliche Profil beim epitaktischen Anwachsen völlig verschwinden oder verwaschen, welche Erscheinung manchmal auch als "Smear" bezeichnet wird.

Diese Erscheinungen konnten eine falsche

Lage nachher in der epitaktischen Schicht angebrachter Zonen in bezug auf die vergrabenen hochdotierten Zonen zur Folge haben. Dadurch konnten starke Abweichungen von der gewünschten Kennlinie der herzustellenden Halbleiteranordnung und möglicherweise sogar örtliche Ableitung (Leckstrom) oder herabgesetzte Durchschlagspannung auftreten.

Diese möglichen Fehler beim Ausrichten wurden dadurch berücksichtigt, dass die vergrabenen Zonen genügend breit gemacht und in genügender Entfernung voneinander angebracht wurden, z.B. um sicherzustellen, dass eine in der epitaktischen Schicht angebrachte Zone unbedingt über ihre ganze Unterseite oberhalb einer bestimmten vergrabenen Zone gelegen war. Andere nachher angebrachte Zonen sollten jedoch in genügender lateraler Entfernung von einer solchen vergrabenen Zone liegen. Dadurch mussten wieder genügend grosse Abstände zwischen nebeneinander "liegenden, in die epitaktische Schicht eindiffundierten Zonen eingehalten werden. Derartige Massnahmen erforderten aber einen zusätzlichen Raum auf der Halbleiteroberfläche pro Schaltungselement oder pro Gruppe von Schaltungs-

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elementen, was für die Herstellung einer maximalen Anzahl Halbleiteranordnungen aus einer Siliciumscheibe ungünstig war.

Die vorliegende Erfindung bezweckt u.a., die obenbeschriebenen Schwierigkeiten wenigstens teilweise zu beseitigen. Weiter bezweckt die Erfindung, Halbleiteranordnungen der eingangs erwähnten Art mit gedrängterer Struktur zu schaffen.

Dabei wird an erster Stelle vom dem Gedanken ausgegangen, dass die obengenannten "Shift"- und "Smear"-Erscheinungen mit anisotropen Wachstumerscheinungen bei epitaktischer Ablagerung zusammenhängen. Weiter wird dabei die Tatsache in Betracht gezogen, dass bei der Herstellung von Halbleiteranordnungen der eingangs erwähnten Art normalerweise von Siliciumscheiben ausgegangen wird, deren Oberfläche gemäss einer Fläche mit einfachen Miller-Indizes, namentlich einer * 100 I -,

( ) Γ 1

η 110* - oder <111? -Fläche, orientiert ist oder höchstens um einige Grade davon abweicht".

Es wurde bereits bei epitaktischer Ablagerung von Silicium auf einem Siliciumeinkristall gefunden, dass auf den Flächen mit den vorerwähnten niedrigen Miller-Indizes die Wachstumsgeschwindigkeiten als Funktion der kristallographischen Orientation verhältnismässig schroffe Minima aufwiesen, während auf Flächen mit zwischenliegenden Orientationen Wachstums-

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geschwindigkeiten erhalten wurden, die sich mit der Orientation nur langsam änderten, wobei die Maxima verhältnismässig flach waren.

Der vorliegenden Erfindung liegt weiter u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass die obengenannten "Shift"- und "Smear"-Erscheinungen mit den obengenannten schroffen Minima in der Wachstumsgeschwindigkeit bei Orientationen mit niedrigen Miller-Indizes zusammenhängen. Weiter wurde gefunden, dass die profilierte Oberfläche grösstenteils aus flachen Teilen mit einem geringen Höhenunterschied, die eine gleiche Orientation wie die ursprüngliche Substratoberfläche aufweisen, und aus zwischenliegenden schmalen Randteilen besteht, deren Orientationen wenigstens nach einem ersten Beginn der Ablagerung nur über einen kleinen Winkel von der ursprünglichen Orientation der Substratoberfläche abweichen, und zwar über einen Winkel von weniger als 10°, z.B. etwa 5°·

Die ursprüngliche Orientation einer Substratoberfläche kann auf an sich bekannte Weise erhalten werden. So können Siliciumeinkristalle in Stabform aus geschmolzenem Silicium z.B. durch Aufziehen eines vorher orientierten Keimkristalls od^rrdurch tiegelfreies Zonenschmelzen erhalten werden, wobei von einem vorher orientierten Keimkristall her eine geschmolzene Zone durch einen Siliciumstab geführt wird. Solche einkristallinen Siliciumstäbe können dann auf an sich be-

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kannte Weise im Scheiben mit Oberflächen mit gewünschter Orientation unterteilt werden.

Wenn nachstehend der Ausdruck "Orientation der Substratoberfläche" verwendet wird, ist darunter die Orientation der obengenannten flachen Teile mit gleicher Orientation zu verstehen, aus denen die profilierte Substratoberfläche grösstenteils besteht. Diese Orientation entspricht der mittleren Orientation dieser praktisch ebenen Oberfläche. Wenn diese Orientation mit einer solchen Kristallflachentichtung mit niedrigen Miller-Indizes übereinstimmt oder einen sehr kleinen Winkel einschliesst, bei der ein schroffes Minimum in der Wachstumsgeschwindigkeit auftritt, ist die Abhängigkeit der Wachstumsgeschwindigkeit von der Orientation gross. Dadurch können grosse Unterschiede in der Wachstumsgeschwindigkeit der verschiedenen orientierten Teile der profilierten Oberfläche auftreten. Wie nachher an Hand der beiliegenden Zeichnung noch näher erläutert werden wird, kann dies unkontrollierbare laterale Verschiebungen und/oder Verwaschungen der Randteile mit sich bringen, die eine falsche oder gar keine Anzeige über die Lage durch Diffusion in der Substratöberflache gebildeter vergrabener Zonen geben. Bei der Massenherstellung ergibt sich ausserdem das Problem, dass bei in der Praxis normalen sehr geringen Änderungen in den Orientationen der verwendeten Substrate ganz ver-

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— ο -

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sch.led.ene Erscheinungen in bezug auf Verschiebungen oder Verwaschungen auftreten können.

Indem nun die Orientation der Substratoberfläche genügend verschieden von derartigen Kristallfiächenorientationen mit schroffen Minima gewählt wird, werden die Wachstumsgeschwindigkeiten auf den verschiedenen orientierten Teilen der Substratoberfläche sich wenig voneinander unterscheiden, wodurch Verschiebungen der Randteile bei epitaktischem Anwachsen höchstens in geringem Masse auftreten können. Weiter gründet sich die Erfindung auf die Erwägung, dass die <001 I -Flächen und die nächstliegenden J³IIIf -Flächen einen verhältnismässig grossen Winkel von etwa 55° miteinander einschliessen_o Daher ist es vorteilhaft, die Orientation etwa zwischen diesen beiden Flächenrichtungen zu wählen. Eine starke Veränderlichkeit der Wachstumsgeschwindigkeit mit der Orientation tritt in Gebieten innerhalb 10° von den 4 111 I -Kristallflächenrichtungen und in Gebieten innerhalb 5° von den j 001T Kristallflächenrichtungen auf.

Weiter wird in Betracht gezogen, mit Rücksicht auf die verschiedenen Lagen der unterschiedlichen Teile der profilierten Oberfläche, für die Substratoberfläche eine Orientation zu wählen, die mindestens 5° von der oben erwähnten Gebieten entfernt ist.

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur

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Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesonder einer monolithischen integrierten Schaltung, bei dem auf einer Seite eines einkristallinen Siliciumsubstratkorpers durch örtliche Diffusion mindestens einer Verunreinigung in eine praktisch ebene Oberfläche des Substratkörpers gemäss einem bestimmten Muster angeordnete, hochdotierte Zonen angebracht werden und der Substratoberfläche auf dieser Seite eine Profilierung gemäss einem Muster gegeben wird, das dem Muster der hochdotierten Zonen entspricht, wonach auf dieser Seite eine epitaktische Siliciumschicht angebracht wird und dann ein oder mehrere Schaltungselemente unter Verwendung mindestens eines Photoreservierungsschrittes gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der praktisch ebenen Substratoberfläche eine Kristallorientation gegeben wird, die zwischen einer r001 γ -Fläche und einer benachbarten

4111 I -Fläche liegt, mindestens 10° von dieser i 001* -Fläche und mindestens 15° von dieser J 111/ Fläche abweicht und in einem Gebiet innerhalb 10° von der durch diese beiden kristallographischen Flächen gebildeten kristallographischen Zone liegt. Unter einer kristallographischen Zone zweier kristallographischen Flächen ist die Sammlung von Flächen zu verstehen, deren Schnittlinien zu der Schnittlinie der genannten zwei Kristallflächen parallel sind. Die Normalen zu allen Flächen· dieser Sammlung liegen wieder in der-

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selben Ebene, deren Miller-Indizes J u, v, wj aus den Indizes (h,k,l) und (η',^,Ι¹) der beiden Kristallflächen nach der Formel nu = kl'-k'l, nv = lh'-l'h und nie = hk'-h'k hergeleitet werden, wobei η eine ganze Zahl verschieden von Null und der grösste gemeinschaftliche Teiler der drei aus den Subtraktionen erhaltenen ¥erte ist. Dabei sei berücksichtigt, dass die kristallographische Zone I u,v,w, gleich I u,v,w J ist. Die kristallοgraphische Zone der Flächen (OO1) und (ill) kann mit dem Bezugszeichen I 110 I oder I 110j bezeichnet werden.

Es sei noch bemerkt, dass sich solche Ausdrücke in bezug auf Vergleichungen von Orientationen miteinander, wie "weit voneinander entfernte Orientationen" und auch "Gebiete von Orientationen" hier auf ±n der Kristallographie bekannte Abbildungen von Orientationen beziehen, wie die übliche stereographische Projektion von Kristallflächen, wie Punkten in einer flachen Ebene. Ein Winkel zwischen zwei Orientationen wird dann ein Linienabschnitt und eine ununterbrochene Sammlung von Orientationen wird eine Sammlung von Punkten, die ein Gebiet in dieser flachen Ebene dieser Projektion bildet.

Weiter hat sich herausgestellt, dass bei gewissen Ablagerungsverfahren schroffe Minima in der WachstunEgeschwindigkeit gemäss den Λ 113 Γ -Orientationen

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i 113 I -Ori

auftreten können. Diese γ 113 τ -Orientationen liegen innerhalb des dafür angegebenen Gebietes. Eine starke Änderung der Wachstum^geschwindigkeit mit der Orientation tritt in einem solchen Falle nur in einem Gebiet innerhalb 2° von einer solchen 4 113f -Fläche auf. Infolge des geringen Umfangs dieses Gebietes brauchen "Shift"- und "Smear"-Erscheinungen nicht immer aufzutreten, oder diese Erscheinungen können auf das Verschieben oder Verschwinden in einer bestimmten Richtung verlaufender Umrisslinien der ursprünglichen profilierten Oberfläche beschränkt werden. Das Bild kann dann noch genügend deutlich sichtbar sein, um die Lage vergrabener Diffusionszonen zu erkennen. Es empfiehlt sich jedoch im allgemeinen, die ungünstigen Folgen sich stark ändernder Wachstumsgeschwindigkeiten bei der -* 113 T -Orientation dadurch zu vermeiden, das nach einer bevorzugten Ausführungsform in dem genannten Orientationsgebiet Orientationen gewählt Airerden, die mindestens 7° von den τ 113? -Orientationen entfernt sind.

Obwohl im allgemeinen beim epitaktischen

Anwachsen ausgeprägte Minima in der Vachstumsgeschwindigkeit bei bestimmten Kristallorientationen der einkristallinen Substratoberfläche auftreten, hat sich gezeigt, dass diese Minima beim Anwachsen auf einem versetzungsfreien Substrat eine zusätzliche Tiefe auf-

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weisen. So können solche Minima beim versetzungsfreien Anwachsen das Auftreten stark ausgeprägter Fazetten herbeiführen. Dadurch können gerade bei versetzungsfreier Epitaxie auf einer profilierten Substratoberfläche die "Shift"- und "Smear"-Erscheinungen in verstärktem Masse auftreten. Das Verfahren nach der Erfindung ist denn auch von besonderer Bedeutung, wenn versetzungsfreies Silicium verwendet wird.

Weiter hat sich herausgestellt, dass beim Anwachsen auf versetzungsfreiem Silicium ein ausgeprägtes Minimum der Wachstumsgeschwindigkeit in zwischen den ? 001* - und den benachbarten γ 1 1 1 ? -Richtungen vor-

kommenden J112? —Richtungen auftreten kann. Eine starke Abhängigkeit von der Orientation kommt in diesem Falle nur in einem sehr kleinen Gebiet innerhalb 1° von dieser γ 112* -Richtung vor. Auch hier kann die Möglichkeit des Auftretens beschränkter "Shift"- und "Smear"-Erscheinungen mit in den Kauf genommen werden, aber es empfiehlt sich, bei versetzungsfreiem Anwachsen die Orientation der Substratoberfläche in einem Abstand von mindestens 6° von diesem c 112 t -Orientationen zu halten.

Oben wurde bereits erwähnt, dass die Wachstumsgeschwindigkeit zwischen den τΟΟ1τ -Richtungen

f -Ri

und den naheliegenden ±111 f -Richtungen ausserhalb der Gebiete unmittelbar um die ausgeprägten Minima

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herum nur in geringem Masse von der Orientation abhängig ist. Insbesondere ist diese Abhängigkeit in dem Gebiet maximaler Wachstumsgescliwindigkeit minimal.

Es hat sich herausgestellt, dass die Wachstumsgeschwindigkeit bei jeder τ 115) -Orientation ein solches Maximum aufweist. Das Maximum ist dort sehr flach.

Im allgemeinen weist die Wachstumsgeschwindigkeit wenig Änderungen auf, wenn bis höchstens gut 15° von der -^ 1 Ί5 r -Orientation abgewichen wird, mit Ausnahme von Orientatxonen gemäss oder nahe bei und gegebenenfalls Orientation gemäss oder

(⁰⁰¹J -

Γ )

in unmittelbarer Nähe von der τ 113 T -Fläche, die

T)

einen Winkel von etwa 10° mit der 1115 X -Fläche einschliesst.

Vorzugsweise wird die praktisch ebene Oberfläche des Substratkörpers gemäss einer i II5/ Fläche oder einer mit dieser einen Winkel von höchstens 10° einschliessenden Fläche orientiert. Naturgemäss soll dabei derjenige Teil des Gebietes ausgeschlossen werden, der höchstens 10° von der nächstliegenden rO01? -Fläche abweicht. Weiter kann erwünschtenfalls

etes ausges 7113j -Orx

derjenige Teil dieses Gebietes ausgeschlossen werden, der höchstens 7° von der (113? -Orientation abweicht,

Auf diese Weise bleiben die Orientatxonen von Randteilen der Profilierungen genügend weit von den bekannten Orientatxonen mit ausgeprägten Minima

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entfernt und werden ihre Wachsturasgeschwindigkeiten im allgemeinen kaum von der Wachsturasgeschwindigkeit ge— mäss der Hauptorientation der Substratoberfläche abweichen. Infolgedessen wird die erhaltene Profilierung der Oberfläche der epitaktischen Schicht im allgemeinen eine praktisch richtige Anzeige über die Lage der durch Diffusion in dem Substrat angebrachten Zonen geben, so dass eine für eine nächstfolgende Bearbeitung verwendete Photomaske mit Sicherheit in bezug auf diese Profilierung ausgerichtet werden kann.

In der Praxis genügt es, gemäss einer bevorzugten Ausführung, die j115τ -Fläche zu wählen, wobei zur Unterteilung eines aufgebrachten Kristalls in Scheiben mit Schnittflächen praktisch gemäss dieser Orientation und für die weiteren Bearbeitungen, z.B. Ätzen und Polieren,eine Toleranz, mit der diese Orientation eingestellt wird, von höchstens 3° in bezug auf eine τ115? - Orientation zulässig ist.

Es sei noch bemerkt, dass für das Verfahren nach der Erfindung bei Anwendung von in der Nähe einer -Fläche liegenden Orientationen der Substrat-

4 115J -Flä

oberfläche in bezug auf < 111r — und 4ΐ10τ -Orientationen gleichartige, bei Anwendung von rOOll — Orientationen bekannte Vorteile erhalten werden, und zwar dass dabei weniger Oberflächenzustände auftreten und dass es sich zum Ätzen schmaler Nuten mit Hilfe

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anisotroper Ätzmittel eignet.

' Sind doch "Shift"- und "Smear"-Erscheinungen bei der Herstellung epitaktischer Siliciumhalbleiteranordnungen mit vergrabenen Zonen im allgemeinen störend, so sind diese Erscheinungen umso störender, je dicker die verwendeten epitaktischen Schichten sind. Die. Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens wird umso vorteilhafter sein beim Anwachsen derartiger dickerer epitaktischer Schichten, insbesondere epitaktischer Schichten von mindestens 5 /um, z.B. 8 bis 15 /um.

Die Erfindung wird näher erläutert an Hand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch im Querschnitt eine epitaktische, auf einer profilierten Substratoberfläche gemäss einer -Jill? -Orientation angewachsene SiIiciumschicht,

Fig. 2 schematisch im Querschnitt eine epitaktische, auf einer profilierten Substratoberfläche mit einer um einen Winkel von weniger als 5° von einer γ OOTf -Fläche abweichenden Orientation angewachsene Siliciumschicht,

Fig. 3 schematisch im Querschnitt eine epitaktische, auf einer profilierten Substratoberfläche mit einer etwa 5° von einer f 001 f -Fläche abweichenden Orientation angewachsene Siliciumschicht,

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Flg. h schematisch ±m Querschnitt eine epitaktischen, auf einer profilierten Substratoberfläche mit einer bei dem Verfahren nach der Erfindung verwendbaren Orientation angewachsene Siliciumschicht,

Fig. 5 schematisch im Querschnitt ein Detail einer bipolaren, monolithischen integrierten Schaltung, die auf an sich bekannte Weise hergestellt ist,

Fig. 6 schematisch im Querschnitt ein Detail einer bipolaren, monolithischen integrierten Schaltung, die nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens hergestellt ist,

Fig. 7 eine stereographische Projektion eines Siliciumkristalls, in der einige kristallographischen Flächen und kristallographischen Zonen mit Miller-Indizes angegeben sind,

Fig. 8 ein Detail dieser stereographischen Projektion, und

Fig. 9 schematisch eine graphische Darstellung der Geschwindigkeiten epitaktischer Ablagerung auf einem einkristallinen SiIiciumsubstrat als Funktion der Kristallorientation der Kristalloberfläche.

In der stereographischen Projektion nach Fig. 7 ist die Projektion der Hälfte eines Siliciumkristalls derart dargestellt, dass die (OO1)-Fläche in der Mitte liegt und dass die Begrenzung durch die / 001 I -Zone gebildet wird. In der stereographischen

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Projektion werden Kristallflächen mit Punkten angedeutet, die der Lage der Normalen zu einer solchen Kristallfläche entsprechen. Die Normale zu der (oOi)-Fläche ist in diesem Falle senkrecht zu der Zeichnungsebene. Die Zonen sind als Linien angedeutet, auf denen die die zu den Zonen gehörigen Kristallflächen bezeichnenden Punkte liegen. In der stereographischen Projektion bilden diese Zonen Kreise oder gerade Linien. Die auf der genannten Kristallhälfte vorkommenden T¹¹Ij -» |oOi2 -,

I¹¹⁰J -' T¹¹²? -' T¹¹³/ ~ ^und T¹¹⁵J -Flächen sind in Fig. 7 dargestellt, gleich wie die -^100/ und <^110> -Zonen, d.h. die jjOOJ -, £oio]

und ΓθΟ1~| -Zone bzw. die Pl 10J -, Γ¹~θΊ -. PiO"Tj

|_ToiJ -, L⁰¹¹J - ^und JoTl J -Zone. Für ein gutes Verständnis der vorliegenden Erfindung seien insbesondere die /i10/ -Zonen betrachtet.

Fig. 9 ist eine schematische graphische Darstellung der Anwachsgeschwindigkeit einer epitaktischen Siliciumschicht auf einem versetzungsfreien oder ver-~ setzüngsarmen Siliciumsubstrat auf Oberflächen mit verschiedenen Orientationen, welche Orientationen auf derselben Zone gelegen sind. Im vorliegenden Falle sind die Orientationen der Oberflächen, die zu der I 11 Oj Zone gehören, als Abszisse aufgetragen, und zwar von der (TTo)-Fläche her über die (ΤΪΊ)-Fläche, die (OOl)-Fläche und die (Ht)-Fläche zu der (110)-Fläche. Als

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Nullpunkt ist die (OOl)-Fläche gewählt, wobei die Winkelwerte, in Graden gemessen, von der (OOl)-Fläche her zu der (110)—Fläche hin negativ und zu der (l10)-Fläche hin positiv aufgetragen sind. Die Wachstumsgeschwindigkeit ist schematisch als Ordinate aufgetragen. Die Minima der Wachstumsgeschwindigkeit auf den i 113? -Flächen sind nicht immer wahrgenommen. Die gestrichelten Linien in Fig. 9 geben schematisch das Fehlen solcher Minima an. Bei Anwendung eines versetzungsfreien Substratmaterials kann ein Minimum der Wachstumsgeschwindigkeit auf den -#112* -Flächen auftreten,, Solche Minima sind schematisch mit gestrichelten Linien angegeben. Die volle Linie gibt schematisch die Wachstumsgeschwindigkeiten bei epitaktischer Ablagerung aus Siliciumtetrachlorid und Wasserstoff bei 1200°C an. Fig. 9 zeigt folgende Aspekte: ein tiefes Minimum an der Stelle der i11li -Flächen und ausserdem eine starke Wachstumsgeschwxndigkeitsänderung bei Orientationsanderung von diesem Minimum an. Von den 4i11r —

f 1

Flächen her zu den -fliOf -Flächen hin folgt von

f 1 ausserhalb des Minimums der 4111r —Flächen an ein weniger stark geneigter Teil über einen Abstand von etwa 15° t>is ein Maximum in einer Entfernung von gut 10° von einer solchen iliof -Fläche. Dieses Maximum ist zwar nicht schroff, aber von diesem Maximum her zu der betreffenden 4110t -Fläche hin fällt die Kurve

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verhältnismässig schnell auf eine minimale Wachstumsgeschwindigkeit auf dieser A 110? -Fläche ab.

Ein sehr schwach geneigter Verlauf der Wachstumsgeschwindigkeit zeigt die Kurve für Flächen zwischen

r -j

' den -i 1 1 1 i- -Orientationen und den nächstliegenden

M ^

001 V -Orientationen, und zwar über einen Bereich

von etwa 4o° von einem Abstand von etwa 10° von der betreffenden ii 11 t -Orientation bis zu etwa 5° von

L J r η

der betreffenden -i001^ -Oi-ientation. Dann folgt ein verhältnismässig schroffer Abfall auf ein Minimum gemäss der betreffenden 4 001i. -Orientation. "Shift"-Erscheinungen' sind denn auch gering, wenn auf einer profilierten Substratoberfläche angewachsen wird, die in der Nähe dieses Bereiches oder mindestens 15° von der betreffenden . 4i11r -Orientation und mindestens 10° von der betreffenden J001? -Orientation ent-■fernt ist.

Fig. 8 zeigt den Teil der stereographischen Projektion von Fig. 7 mit den joTij τ>, Ι· Τθ1 -,

J 0111 - und J1011 -Zonen als Begrenzungen und der (OOi)TFläche in der Mitte. Die Eckpunkte der so begrenzten Figur werden durch die (ill)—, (ill) -, (111)- und (.TTi-)-Flächen gebildet. Teile der M¹⁰ - ^und I iTo -Zonen sind als sich in der (OOi)-Fläche

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schneidende gerade Linien zwischen der (ill)— und der (171)-Fläche bzw. der (TTi)- und der (iH)-Fläche dargestellt. ¥eiter sind zwischen den betreffenden #111 τ -Flächen und der (OOi)-Fläche die auf diesen Zonenteilen liegenden 7 112 J -, 4 113j - und j H51 -Flächen dargestellt. Die zwischen der (oOi)-Fläche und den benachbarten Ji1i| -Flächen liegenden Orientationen,~ die bei dem Verfahren nach der Erfindung für die Substratoberfläche in Betracht kommen, bilden zusammen eine Art kreuzförmiges Muster, wobei die Linien 601 die Begrenzungen 10° zu beiden Seiten der I11OJ und der Ii10J -Zonen angeben. Die Linien 602 geben die Begrenzungen an, die durch die Abstände von 15° von den betreffenden*1ίi| -Flächen gebildet werden. Der ausserhalb der durch die Linien 6θ 1:und'-6O2~begrenzten Figur liegende, schraffierte Teil kommt nicht als Substrat— orientation für das Verfahren nach der Erfindung in Betracht und ebenso wenig ein auf ähnliche Weise schraf- ι fiertes Gebiet rings um die (001)-Fläche, das von der \ kreisförmigen Linie 603 begrenzt wird und in einem Abstand von 10° von der (001)-Fläche liegt.

Wie in Fig. 9 ebenfalls mit einem Minimum in der Anwachsgeschwindigkeit mit angrenzenden stark geneigten Kurventeilen dargestellt ist, kann eine minimale Wachstumsgeschwindigkeit auch nach den •»113? -Orientationen auftreten. Um die Möglichkeit

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von Bildstörungen beim epitaktisehen Anwachsen auf der profilierten Substratoberfläche infolge der ¥achstußtserscheinungen bei derartigen Orientationen zu vermeiden·» kommen für die Substratoberfläche vorzugsweise Orientationen innerhalb der in Fig. 8 schraffierten kreisfemsigen Gebiete rings um die darin angegebenen

f 1131 -Flächen auch nicht in Betracht. Die betreffenden Gebiete werden von Kreisuirtrissen Gok begrenzt* die in einem Abstand von 7° von den betreffenden f113 I -Flächen liegen.

Im Falle einer versetzungsfreien Epitaxie kann ein Minimum in der Waehsturasgesehwindiglceit für di© Jt121 -Flächen auftreten» wie in Fig. 9 mit gestrichelten Linienabschnitten dargestellt ist» Um die Möglichkeit von Bildstörungen bei« epitaktischen Anwachsen auf der profilierten Oberfläche eines ein— kristallinen» versetzaagsfreien Siliciurasubstrats zn koatmea fElr di© Stibs trat oberfläche vorzags-

XEKterhalfo der in Fig_e 8 mit gestrichelten !Linien 6©5 uraschleüssene«

auch aieht iim Bet,ra.ch."te % Bie fee treffenden

I*iiaieni €C55 sind im eiae«. Abstand von. β* if©a den betreff enden. . *11l2rt —Flächen gelegen«

Ia Fig;« 9 sind mahe-zu flache Ktixrenteile bei den J 115» i — OsrieatatioEieEt dargestellt« Im diesem

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Falle ändert sich die Vachstumsgeschwindigkeit praktisc nicht mit der Orientation. Die Wahl von Yorzugsorientationen innerhalb eines gewissen Abstandes von einer

< 115f —Orientation, wie sie oben bereits beschrieben wurden, beruht u.a. auf der annähernden Invarianz eier Fachstumsgeschwindigkeit mit der Orientation an der betreffenden Steile. Diese Yorzugsorientationec sind in Fig. 8 dargestellt. So sind grössere Vorzugstereiche tue die 7**5f -Orientationen von tien strichpunktierten Linien 6o6 in einem Abstand von 1O° von der

4115f —Orientation und. von sieb- daran anschliessencten Teilen der Linie 6O3 in einem Abstand von 10° von del" benachbarten fOOl| —Orientationen begrenzt, wobei sieb gegebenenfalls überlappende Gebiete bis ζιϊ eines Abstand von 7° von den benachbarten f 113 { — OrientaMaHB ausserhalb dieser Toixagsireise gewählten Bereiche befintiliclt sein tonnen« Die for die Praxis voarziiigsweise gewählten f^^5r —Orientationeii sixt einer Toleranz bis za 3° von einer solchen Orientation sind in Fig. 8 Kit kreisförmigen Gebieten dargestellt, die vom punktierten Linien 6Q⁷J begrenzt; sind.

Aa Band tier Figuren 1 bis 4 wird beschrieben, wie bei verschiedenen orientationen der" Oberfläche eines jTmsabstratfcörpers, auf dter eiste Silieinmschicht

abgelagert ifind, eine in dieses Substrat angebrachte Profilierong sich -»π einer etfraigen Pro-

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filierung der Oberfläche der aufgebrachten epitaktischen Schicht zeigen kann.

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Substrat aus einkristallinem Silicium mit einer Oberfläche 2, die genau gemäss der (i1i)-Fläche orientiert ist. Die Richtung der Normalen zu der (I1i)-Fläche ist in Fig. 1 mit einem Pfeil angedeutet.

Die Substratoberfläche ist profiliert, und zwar derart, dass ein Teil 3 mit derselben (ill) Orientation etwas tiefer in dem Substrat liegt. Beidseitig des Oberflächenteiles 3 sind Randteile k und 5 vorhanden, die den Übergang mit dem höher liegenden Teil der Substratoberfläche .2 bilden. Deise Randteile, die nicht völlig flach zu sein brauchen, schliessen einen kleinen mittleren Winkel mit den nächstliegen*- den Teilen, z.B. von 5° t»is 10°, ein. Denselben Winkel schliessen diese Randteile also auch mit der genannten 4 111 i- -Fläche ein. Eine derartige Profilierung kann bei der Bildung einer diffundierten Zone an der Stelle des Otoerflächenteiles 3 in einer oxidierenden Atmosphäre iind unter Verwendung einer Maskierung auf den benachbarten Teilen, z.B. aus Siliciumoxid oder Siliciumnitrid, erhalten werden. Durch zusätzliche Oxidation des Siliciums in dem Fenster der Maskierung wird die Profilierung in der Siliciumsubstratoberfläche erhalten. Wenn die Maskierung und das in den Fenstern

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gebildete Oxid entfernt worden ist, ist das Profilierungsmuster mit den tiefer liegenden Teilen, wo die Fenster in der Maskierung angebracht waren, deutlich sichtbar.

Die auf diese Weise erhaltenen Randteile 4 und 5 weisen im allgemeinen etwas abgerundete Übergänge mit den benachbarten flachen, gleich orientierten Teilen auf, und zwar die Übergänge 6 bzw. 9 mit vorspringendem Winkel mit dem höher liegenden Teil und die Übergänge 7 bzw. 8 mit zurückweichendem Winkel mit dem tiefer liegenden Teil 3«

Wenn auf einer derartigen Oberfläche Silicium epitaktisch abgelagert wird, wird das Wachstum in der (111)—Richtung langsamer als in von dieser Richtung abweichenden Richtungen sein. Stellen mit zurückweichendem Winkel (7 und 8) werden sich in Richtung auf die am langsamsten wachsende Fläche und Stellen mit vorspringendem Winkel (6 und 9) werden sich von der am langsamsten wachsenden Fläche ab verschieben. Dabei wachsen die Randflächen 4 und 5 zueinander hin. Die gestrichelten Linien 11, 12, 13 und 14 stellen schematisch die Verschiebung der Übergänge 6, 7» 8 bzw. 9 während des epitaktischen Anwachsens von Silicium dar. Die Möglichkeit besteht, dass bei fortgesetztem Wachstum die angegebene Profilierung dadurch verschwindet, dass sich die Übergänge 7 und 8 an einer schematisch mit 15 bezeichneten Stellen treffen, wonach sich die Übergänge 6 und 9 bei

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8.5-74

16 treffen, wobei auch die Randzonen h und 5 verschwunden sind* Die endgültige Oberfläche 17 der epitaktischen Schicht 10 weist dadurch keine Spuren der ursprünglichen Profilierung 4,3>5 der Substratoberfläche 2 mehr auf, wodurch keine sichtbare Anzeige mehr über die Lage einer an der Stelle der Profilierung 4,3> 5 durch Diffusion angebrachten vergrabenen Schicht vorhanden ist. Eine

ι
nachher anzuwendende Photomaske zur Herstellung einer oder mehrerer planarer Halbleiteranordnungen kann nun nicht mehr auf sichtbare Anzeigen des Vorhandenseins einer vergrabenen Zone ausgerichtet werden.

Es sei noch bemerkt, dass das Verschwinden

der Profil'ierung bei den genannten exakten Orientationen nicht notwendigerweise mittels des vorerwähnten Mechanismus erzielt zu werden braucht. Bei einer solchen exakt orientierten Oberfläche liegt nämlich nur eine einzige Atomschicht an der ganzen Oberfläche. Darauf soll beim epitaktischen Anwachsen eine neue Atomschicht abgelagert werden. Zu diesem Zweck soll zunächst ein Keiinbildungsvorgang stattfinden, wobei die vorhandene Schicht nur an einigen Stellen mit Ablagerungen versehen wird, die aus einzelnen Atomen oder sehr kleinen Gruppen von Atomen bestehen, die dann lateral auswachsen werden. Dieser Keimbildungsvorgang hat eine starke verzögernde Wirkung auf den Wachstumsmechanismus. Bei' einer solchen exakten Orientation über eine grosse Ober-

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fläche könnten die Fachstumsgeschwindigkeiten vielleicht erheblich niedriger als die in der Kurve nach Fig. 9 dargestellten Minima sein. Diese Situation gilt für den höher liegenden Teil der Fläche 2 in Fig. 1. Bei dem tiefer liegenden Teil 3 sind grundsätzlich auffolgende Atomschichten an den Randteilen k und 5 bereits vorhanden. Diese Atomschichten können sich nun von dort aus lateral ausbreiten. Dies hat zur Folge, dass der tiefer liegende Flächenteil 3 mit K 111 τ -Orientation viel schneller als die höher liegenden Flächenteil mit

-Orientation anwächst, bis die Profilierung völlig ausgefüllt ist.

Es sei noch bemerkt, dass das Verschwinden einer Profilierung beim epitaktischen Anwachsen auf einer exakt orientierten * 1 1 1 ? —Fläche auch beim epitaktischen Anwachsen auf exakt orientierten

!Or — und loOl* -Flächen festgestellt worden ist.

Im allgemeinen ist es besonders schwierig,

H -'

Scheiben mit exakten 4 111 j -, |ΐ10ϊ - oder ioO1f Flächen zu erhalten. Feiter ist es bekannt, dass, möglicherweise im Zusammenhang mit den sehr langsamen ¥achstumsgeschwindigkeiten, auf diesen exakt orientierten Flächen epitaktische Schichten höherer Güte erhalten werden, wenn Substratoberflächen gewählt werden, die über einen sehr kleinen Winkel von z.B. 2 bis 4° von

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einer solchen exakten Orientation abweichen. Im allgemeinen ist es kaum möglich oder wenigstens sehr kostspielig, Scheiben mit einer sehr besonderen genauen Orientation in Massenfertigung auf reproduzierbare Veise herzustellen. Figuren 2 und 3 zeigen zwei Beispiele von auf bestimmte Veise von einer exakt orientierten 4001t -Fläche abweichenden Substratoberflächen.

In Fig. 2 ist mit 2 5 ein einkristallines

Siliciumsubstrat bezeichnet, dessen Oberfläche 22 eine Orientation aufweist, die 2° von der (OO1)-Fläche abweicht. Ein Pfeil in Fig. 2 gibt die Richtung der Normalen zu der (001)-Fläche an. Die Oberfläche ist profiliert und weist einen tiefer liegenden Obeirflächenteil 23 mit derselben abweichenden Orientation auf.

Der tiefer liegende Oberflächenteil 23 wird von Randteilen 2k und 25 begrenzt, die den Übergang mit den höher liegenden Teilen der Oberflächen 22 bilden und die je einen Winkel von durchschnittlich etwa mit den höheren und niedrigeren flachen Oberflächenteilen einschliessen. Der Randteil 2k weicht von der (OO1)-Orientation zu einer Seite ab, die der Abweichung der daran angrenzenden niedrigeren und höheren flachen Oberflächenteile entgegengesetzt ist, und dieser Randteil schliesst einen Winkel von durchschnittlich 3° mit der (OO1)-Fläche ein.· Der Randteil 25 weicht zu derselben Seite von der (001)-Fläche wie der Teil 23

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der Oberfläche ab, aber mit einem gr'össeren Winkel von durchschnittlich 7°.

Beim epitaktischen Ablagern von Silicium auf der auf diese Weise profilierten Substratoberfläche wird das Anwachsen auf den Oberflächenteilen, die am stärksten von der (001)-Orientation abweichen, am schnellsten erfolgen. So wird der Randteil 25» der durchschnittlich 7° von der (001)-Orientation abweicht, schneller als die angrenzenden Oberflächenteile anwachsen, die nur 2° von der (001)-Orientation abweichen. Der Randteil 25 wird sich dadurch in Richtung des tiefer liegenden Oberflächenteiles 23 verschieben, wobei sich die Übergänge 28 (mit zurückweichendem Winkel) und 29 (mit vorspringendem Winkel) mit dem angrenzenden tiefer liegenden Oberflächenteil 23 bzw. dem angrenzenden höher liegenden Teil der Oberfläche 22 verschieben werden, wie schematisch mit den gestrichelten Linien 33 bzw. "}k angegeben ist.

Der Randteil 2k, der einen mittleren Winkel von 3° mit der (OO1)-Fläche einschliesst, wird schneller als der Oberflächenteil 23 wachsen, der einen Winkel von 2° mit der (OO1)-Fläche einschliesst. Die Wachstumsgeschwindigkeit auf dem Randteil 2k wird aber nicht so gross wie die Wachstumsgeschwindigkeit auf dem Randteil 25 sein. Die Grenze 27 zwischen dem Oberflächenteil 23 und dem Randteil 2k wird sich denn auch beim

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Anwachsen weniger stark lateral in Richtung des Oberflächen teiles 23 als der Übergang 28 verschieben. Die Verschiebung des Übergangs 27 ist mit der gestrichelten Linie 32 angegeben.

Am Übergang 26 bildet sich nun infolge der minimalen Wachstumsgeschwindigkeit in der (OOi)-Richtung ein neuer Randteil, der mehr oder weniger flach sein kann und eine mittlere Orientation gemäss der (OO1)-Fläche aufweist. Die Grenze zwischen diesem neuen Randteil und dem angrenzenden höchstliegenden Oberflächenteil bewegt sich beim Anwachsen.von dem Punkt 26 an gemäss einer schematisch in Fig. 2 dargestellten gestrichelten Linie 35- Die laterale Verschiebung erfolgt dabei in der Richtung des angrenzenden höchliegenden Oberflächenteiles.

Der Übergang zwischen, diesem neuen Randteil und dem bereits vorhandenen schneller wachsenden Randteil 24 verschiebt sich lateral von 26 an in Richtung des Randteiles 24 gemäss der gestrichelten Linie 36.

Die strichpunktierte Linie 42 zeigt schematisch die Oberfläche in einer Zwischenstufe der epitaktischen Ablagerung. Der tiefstliegende Teil 43 ist kleiner als der ursprüngliche Oberflächenteil 23 geworden. Weiter ist die Flächenmitte des Teiles 43 in bezug auf die Flächenmitte des ursprünglichen Teiles 23 dadurch verschoben, dass die Grenze 48 sich in bezug

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- 3ö -

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auf die ursprüngliche Grenze 28 stärker als die Grenze

47 in bezug auf die ursprüngliche Grenze 27 lateral verschoben hat. Der Randteil 45 mit den Begrenzungen

48 und 49 ist in bezug auf seine ursprüngliche Lage mit den entsprechenden Begrenzungen 28 bzw. 29 stark lateral verschoben.

Auf der anderen Seite des tiefer liegenden Oberflächenteiles 43 sind zwischen diesem Teil 43 und dem höher liegenden Oberflächenteil 42 zwei nebeneinander liegende Randteile gebildet, und zwar der Teil 44, der durch Anwachsen auf dem Randteil 24 erhalten ist, und ein neu gebildeter Teil 46, der durchschnittlich gemäss der (OO1)-Fläche orientiert ist. Der Randteil 44 schliesst mit dem tiefer liegenden Oberflächenteil 43 einen Winkel von etwa 5° ein und bildet mit diesem Teil einen Übergang 47ι der in bezug auf den ursprünglichen Übergang 27 sich verhältnismässig wenig lateral verschoben hat.

Durch das verhältnismässig langsame Wachstums in der (001)-Richtung hat der Randteil 46 eine bedeutende Breite erhalten, wobei die Grenze 51 mit dem Randteil 44 sich lateral in bezug auf den Übergang 26 stärker als der Übergang 47 in bezug auf den Übergang 27 verschoben hat. Die Breite des Randteiles 44 hat dabei in bezug auf die ursprüngliche Breite des Randteiles 24 abgenommen.

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ϊ>Κ\^τ 6926

8.5-7^

Während an den Übergängen hj, 48 und h9 die aneinander grenzenden Oberflächenteile Winkel von etwa 5° miteinander einschliessen, sind diese Winkel an den Übergängen 50 und 51 nur 2° bzw. 3°· Dadurch sind diese Übergänge nahezu nicht sichtbar mehr, im Gegensatz zu den Übergängen zwischen Flächen von etwa 5°·

Bei fortgesetzter Epitaxie wird der Randteil Zh—hh an der Stelle, an der sich die gestrichelten Linien 32 und 36 bei 37 treffen, verschwunden sein. Der tiefer liegende Oberflächenteil 23-43 wird von der Stelle 37 an ab die weitfergewachsene (OOI)-Fläche 46 grenzen, mit der er einen Winkel von 2° einschliesst. Der betreffende Übergang wird dabei gemäss der gestrichelten Linie 38 verlaufen.

Die nach der epitaktischen Ablagerung erhaltene Oberfläche 52 der epitaktischen Schicht 30 enthält nun einen tiefer liegenden Oberflächenteil 53 als Fortsetzung der ursprünglichen Oberflächenteiles 231 jedoch mit viel geringerer Breite. An eine Seite grenzt ein Randteil 55 als Fortsetzung des Randteiles 25> aber in bezug auf diesen Teil stark lateral verschoben. Dieser Randteil 551 der Winkel von etwa 5° mit dem höher liegenden Teil einer Oberfläche 52 und mit dem niedriger liegenden Teil 53 einschliesst, bildet deutlich sichtbare Übergänge 59 bzw. 58 mit diesen Flächenteilen.

Auf der anderen Se'ite des tiefer liegenden

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vßx 6926

Oberflächenteiles 53 befindet sich zwischen diesem Teil und dem höher liegenden Teil der Oberfläche 52 eine breite, einen Neigungswinkel von nur 2° aufweisende Randzone 56 mit (OO1)-Orientation, deren übergänge 57 und 60 praktisch nicht mehr sichtbar sind (sogenannte "Smear"-Erscheinung).

Aus Obenstehendem geht hervor, dass das Erkennen der Lage der vergrabenen Zone an der Stelle des ursprünglichen tiefer liegenden Oberflächenteiles 23 an Hand der beobachteten Profilierung der Oberfläche 52 infolge dieser sogenannten "Smear"-Erscheinung schwierig ist, während die genaue Lokalisierung infolge der aufgetretenen Verschiebung ("Shift") der Übergänge 58 und 59 in bezug auf die ursprünglichen Übergänge 28 und 29 danach noch äusserst ungenau ist.

Fig. 3 zeigt schematisch das Weiterwachsen einer Profilierung in dem Falle, in dem ein einkristalline Siliciumsubstratoberflache 62 etwa 5° von der (OOI)-Fläche abweicht₀ Die (001)-Richtung, d.h. die Richtung der Normalen zu der (OOI)-Fläche, ist mit einem Pfeil angegeben.

Auf an sich bekannte Weise ist eine vergrabene Zone in dem Substrat 61 durch örtliche Diffusion gebildet, wobei eine profilierte Oberfläche mit einem tiefer liegenden Oberflächenteil 63 an der Stelle der gebildeten vergrabenen Zone erhalten ist.

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my 6926

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Zwischen dem tiefer liegenden Oberflächenteil 63 und den zu beiden Seiten dieses Teiles befindlichen höher liegenden Teilen der Substratoberfläche 62 sind Randteile 6k und 65 gebildet, deren Orientation durchschnittlich etwa 5° von der der höher und niedriger liegenden Oberflächenteile abweicht. Dabei ist nun der Randteil 6k praktisch gemäss der (001)-Fläche orientiert, während der Randteil 65 etwa 10° von der (OOI)-Fläche abweicht. In Fig. 3 sind die Übergänge des Randteiles 64 mit dem angrenzenden höher liegenden Teil der Substratoberfläche 62 und mit dem niedriger liegenden Oberflächenteil 63 mit 66 bzw. 67 bezeichnet. Die Übergänge des Randteiles 65 mit dem niedriger liegenden Oberflächenteil 6^ und mit dem angrenzenden höher liegenden Teil der Substratoberfläche 62 sind mit 68 bzw. 69 bezeichnet.

Die Figur zeigt wieder schematisch, wie die Profilierung in dem Substrat sich bei der Ablagerung einer epitaktischen Schicht 70 fortsetzt. Da die Wachstumsgeschwindigkeit in der (001)-Richtung ein Minimum aufweist, wird der Randteil 6k am langsamsten anwachsen. Die höher liegenden Teile der Oberfläche 62 und der tiefer liegende Oberflächenteil 63, die 5° von der (001)-Fläche abweichen, werden schneller als der Randteil 6k anwachsen.

Dadurch wird sich beim Anwachsen der Uber-

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PEN 6926 8.5.74

gang 66 lateral stark In Richtung des angrenzenden höher liegenden Teiles der Oberfläche 62 verschieben, wie schematisch mit der gestrichelten Linie 71 angegeben ist. Der Übergang 67 wird sich lateral etwa in gleichem Masse in Richtung des Randteiles 6h verschieben, wie schematisch mit der gestrichelten Linie 72 angegeben ist.

Das Anwachsen auf dem Randteil 65, der 10° von der (OOi)-Fläche abweicht, erfolgt nur wenig schneller als das Anwachsen auf den angrenzenden Oberflächenteilen, die 5° von der (OOi)-Fläche abweichen. Dadurch werden sich die Übergänge 68 und 69 in lateraler Richtung nur wenig zu dem niedriger liegenden Oberflächenteil 63 bzw. zu dem Randteil. 65 hin verschieben, wie mit den gestrichelten Linien 73 bzw. 74 · angegeben ist.

Beim Vergleich der Profilierung in der endgültig erhaltenen Oberfläche 82 der epitaktischen Schicht 70 mit der ursprünglichen Profilierung in der Substratoberfläche 62 ergibt sich folgendes.

Der erhaltene Randteile 85 mit seinen Begrenzungen 88 und 89 hat sich in bezug auf den ursprünglichen Randteil 65 mit seinen Begrenzungen 68 bzw, 69 nur in geringem Masse lateral in Richtung des angrenzenden tiefer liegenden Oberflächenteiles verschoben. Der erhaltene Randteil 84 mit seinen Be-

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PHN 6926 8.5-74

grenzungen 86 und 87 auf der anderen Seite des erhaltenen tiefer liegenden Oberflächenteiles 83 hat sich aber in bezug auf den ursprünglichen Randteil 6h mit Übergängen 66 bzw. 67 lateral in erheblichem Masse von dem tiefer liegenden Oberflächenteil ab verschoben. Dadurch hat sich die Mitte 77 des tiefer liegenden Oberflächenteiles 83 in bezug auf die Mitte 75 des ursprünglichen tiefer liegenden Oberflächenteiles 63 lateral verschoben. Die Verschiebung dieser Mitte während der epitaktischen Ablagerung ist in Fig. 3 schematisch mit der gestrichelten Linie 76 angegeben. Auf diese Weise ist eine laterale Verschiebung (shift) der ursprünglichen Profilierung erhalten, die ein falsches Ausrichten einer Photomaske für weitere Herstellungsschritte bei der Herstellung von Halbleiteranordmmgen in bezug auf vorher angebrachte vergrabene Zonen herbeiführt.

Oben sind an Hand der Figuren 1 bis 3 Beispiele' von Möglichkeiten lateraler Verschiebung und/ oder Verwaschung von Profilierungsmustern in einer Substratoberfläche nach epitaktischer Ablagerung erläutert und diese Erscheinungen sind, in Abhängigkeit von bestimmten Orientationen, beschrieben. Dadurch, dass sich die Vachstumsgeschwindigkeit hier stark mit der Flächenorientation ändert, ist es einleuchtend, dass Änderungen in der Orientation in den hier beschriebenen Fällen meist mit erheblichen änderungen

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PFX 6926 8.5.7**

±n dem Ausmass der Verschiebung der Proflllerung (shift) und/oder mit dem etwaigen Auftreten von Verwaschungen in der Sichtbarkeit der Profilierung (smear) einhergehen .

Wie an Hand der Fig. 1 beschrieben ist, ist es möglich, dass nach Epitaxie gar keine oder sehr wenig Profilierung sichtbar ist, wodurch ein normales Ausrichten auf vergrabene Zonen in dem Substrat nicht mehr möglich ist. Venn ein Teil der behandelten Scheiben mit epitaktischer Schicht eine derartige Oberfläche aufweist, werden solche Scheiben nicht weiter mehr gebraucht werden können. Venn Scheiben mit Oberflächenprofilierungen mit teilweiser Verwaschung vorkommen, können bei einem grossen Angebot von Scheiben mit einem gleichen Muster diese Scheiben näher geprüft werden, um festzustellen, wie dieses Muster sich möglicherweise aus der ursprünglichen Substratprofilierung gebildet haben kann. Es leuchtet ein, dass eine derartige Prüfung sehr aufwendig ist und sogar eine Stagnation in der Massenverfertigung mit sich bringen kann.

Um nicht—reproduzierbare Verschiebungen zu berücksichtigen, empfahl es sich beim Entwerfen eines Gebildes von Halbleiterschaltungselementen und der Positionierung der Isolierzonen grosse Margen zu wählen. Z.B. wenn bei einem anzubringenden Schaltungselement eine angebrachte vergrabene Zone dazu dienen

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PIIN 6926

muss, den lateralen Widerstand einer Zone der epitaktischen Schicht, die unter einer in der epitaktischen Schicht angebrachten Diffusionszone liegt, zu verringern und gegebenenfalls mit einer neben dieser Zone angebrachten Kontaktzone zu verbinden, soll diese vergrabene Zone derart breit gewählt werden, dass bei jeder möglichen Verschiebung die genannte, in der epitaktischen Schicht angebrachte Diffusionszone und die daneben angebrachte Kontaktzone an allen Stellen gerade oberhalb der vergrabenen Zone liegen werden. Ein Beispiel eines solchen Schaltungselements ist ein planarer Transistor in einer monolithischen integrierten Schaltung mit in die epitaktische Schicht eindiffundierten Basis- und Emitterzonen, wobei die vergrabene Zone unter der Basiszone zur Herabsetzung des Kollektorreihenwiderstandes dient, während sich diese vergrabene Zone zugleich unter einer niederohmigen Kollektorkontaktzone erstreckt. Beim Entwerfen einer anzuwendenden Isolierzone rings um das betreffende Schaltungselement, die in einem sicheren Abstand von der vergrabenen Zone bleiben muss, soll nicht nur der Faktor, dass der vergrabenen Zone grössere Abmessungen gegeben sind, sondern auch der Faktor berücksichtigt werden, dass die Lage der vergrabenen Zone nicht genau bekannt ist. Diese beiden Faktoren führen dazu, dass für die Isolierzone einer verdoppelten Marge Rechnung getragen

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ΡΗλ 6926 8.5-74

werden soll. Dadurch wird die Oberfläche des Halbleiters, die für eine bestimmte Halbleiteranordnung, z.B. eine bestimmte integrierte Schaltung, benötigt wird, im Zusammenhang mit diesen Margen grosser gewählt werden müssen. Dadurch wird die Anzahl aus einer Halbleiterscheibe bestimmter Abmessungen herzustellender Halbleiteranordnungen beeinträchtigt.

Fig. 5 zeigt ein Detail einer integrierten Schaltung, wobei eine planare Transistorkonfiguration in einer seitlich von diffundierten Isolierzonen begrenzten Insel angebracht ist. Die üblicherweise vorhandenen Oxidschichten und Metallstreifen sind hier nicht dargestellt.

Auf übliche Weise wird in ein einkristallines

Siliciumsubstrat 231 von einem bestimmten Leitfähigkeitstyp, z.B. ein hochohmiges p-leitendes Substrat, mit planaren Diffusionstechniken örtlich eine hochdotierte Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, z.B. eine mit Arsen dotierte niederohmige η-leitende Zone, eindiffundiert. Dabei erhält die Substratoberfläche 232 eine Profilierung mit einem tiefer liegenden Teil 233» der von Randzonen 234 und 235 begrenzt wird.

Dann wird durch an sich bekannte Techniken eine epitaktische Sxliciumschicht 24θ angewachsen. Dieses Silicium weist einen dem des Substrats 231 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und einen verhält-

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PKtf 6926 8.5-74

nismassig hohen spezifischen Widerstand auf. Die in dem Substrat gebildete Diffusionszone 248 wird dabei eine vergrabene Zone, die niederohmig in bezug auf das epi— taktisch angebrachte Material ist. In dem Falle, in dem keine sogenannte "Smear"«-Erscheinung auftritt, äussert sich das Profil der Substratoberfläche 232 wieder als ein ähnliches Profil in der Oberfläche 252 der epitaktischen Schicht 24o. So enthält die Oberfläche 252 einen tiefer liegenden Teil 253 mit Randteilen 254 und 255, der dem tiefer liegenden Teil 233 mit Randteilen 234. bzw. 235 der Substratoberfläche 232 entspricht. Die erhaltene Profilierung wird dann zum Ausrichten von Photo— masken zur Bildung von Diffusionsmaskierungsmustern für nachher durchzuführende Diffusionsschritte verwendet. Diese Diffusionsschritte bestehen aus einer tiefen Trenndiffusion zur Bildung bis zu dem Substrat reichender Trennzonen 263 und 264 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat, z.B. einer Bordiffusion, um in der epitaktischen Schicht 24o eine Unterteilung in Inseln von einem dem des Substrats 231 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu erhalten.

Anschliessend wird eine weniger tiefe Basisdiffusion oberhalb der vergrabenen Zone 248, z.B. ebenfalls eine Bordiffusion, durchgeführt, deren Dauer aber kürzer als die der Diffusion zur Bildung der Isolier— zone 263 und 264 ist. Dabei wird eine Basiszone 260

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- 4ö

PiW 6926 8.5-74

gebildet, deren Leitfähigkeitstyp dem des Substrats gleich ist. Mit einer Emitterdiffusion, z.B. durch Eindiffusion von Phosphor, .werden eine Emitterzone in der Basiszone 260 und eine niederohmige Kollektorkontaktzone 262 angebracht, die beide einen dem des Substrats 231 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Das an die Basiszone grenzende epitaktisch angebrachte Material bildet nun die Kollektorzone des Transistors, wobei diese Kollektorzone mit einem (nicht dargestellten) Kollektorkontakt verbunden ist, der auf der Zone 262 angebracht ist. Die vergrabene Zone 248 dient zur Herabsetzung des Kollektorreihenwiderstandes .

Fig. 5 zeigt den Fall, in dem keine sogenannte Verschiebung (shift) auftritt, d.h., dass der tiefer liegende Teil 253 der Oberfläche 252 der epitaktischen Schicht 240 gerade über dem tiefer liegenden Teil 233 der Substratoberflache 2-32 liegen würde. Durch seitliche Diffusion bei der Bildung und Ausdehnung der vergrabenen Zone 248 erhält diese Zone eine laterale Ausdehnung von den Randteilen 234 und 235 der Substratoberfläche bis zu den Begrenzungen bzw. 237· Diese laterale Vergrösserung der vergrabenen Zone 248 lässt sich in Abhängigkeit von den anzuwendenden Temperaturbehandlungen vorher bestimnetn* Damit können auch, mit der Annahme, dass keine Verschiebung

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- kl -

PUN 6926

(shift) aufgetreten ist, die Lagen der Punkte 256 und 257 bestimmt werden, die dann gerade über den lateralen Begrenzungen 236 und 237 der vergrabenen Zone 248 liegen würden. Die Lagen dieser Punkte 256 und 257 sind nämlich in einem solchen Falle zu den Lagen der Randteilen 25^ bzw. 255 der Profilierung in der Oberfläche 252 der epitaktischen Schicht korreliert, d.h., dass der Abstand jedes dieser Punkte von dem nächstliegenden Randteil derselbe ist.

Unter Berücksichtigung der Anforderung, dass die vergrabene Zone sich unterhalb der ganzen Basiszone 260 und der ganzen Kollektorkontaktzone 262 erstrecken soll, und dass weiter die vorher gewählte Bemessung des Transistors, sofern es die lateralen Abmessungen des durch die Basiszone plus die Kollektorkontaktzone plus das zwischenliegende Gebiet gebildeten Ganzen anbelangt, festliegt, sollen die lateralen Abmessungen der vergrabenen Zone 248 derart gewählt werden, dass, unter Beibehaltung dieser Bedingungen, diese Abmessungen möglichst klein gehalten werden, um die lateralen Abmessungen .des zu verwendenden Siliciumteiles für eine einzige Halbleiteranordnung möglichst klein und damit die Anzahl aus einer Halbleiterscheibe bestimmter Abmessungen herzustellender Halbleiteranordnungen möglichst gross zu machen.

Um jedoch die vorerwähnten Bedingungen zu er-

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füllen, soll das Auftreten von "Shift", d.h. einer lateralen Verschiebung der Oberflächenprofilierung, berücksichtigt werden. Daher werden, wie in Fig. 5 dargestellt ist, die lateralen Abmessungen der vergrabenen Zone 248 erheblich grosser als die lateralen Abmessungen des durch die Basiszone 260, die Kollektorkontaktzone 262 und das zwischenliegende Gebiet gebildeten Ganzen gewählt. Die Punkte 256 und 257 brauchen ja nicht gerade oberhalb der Grenzen der vergrabenen Zone 248 zu liegen, d.h., dass die Punkte 236 und 237 in bezug auf die wirklichen Grenzen der Zone 248 verschoben sein können. Die Tatsache soll berücksichtigt werden, dass eine maximale Verschiebung entweder zu einer Seite hin, z.B. gemäss einer mit den strichpunktierten Linien 241 und 243 angegebenen Richtung, oder zu der anderen Seite hin, z.B. gemäss einer mit den gestrichelten Linien 242 und 244 angegebenen Richtung, stattgefunden haben kann. Im ersteren Falle liegen die wirklichen Grenzen der vergrabenen Zone bei 245 und 247 und im letzteren Falle bei 246 und 249« Im zweiten extremen Fall soll die Grenze 246 doch noch - in Figur 5 gesehen - genügend weit nach links liegen, damit die vergrabene Zone noch völlig unterhalb der Basiszone 260 liegen wird. Im ersten Falle soll die Grenze 24? - in Figur 5 gesehen - noch genügend weit nach rechts liegen, damit sich die vergrabene Zone noch unterhalb

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der Kollektorkontaktzone 262 erstrecken wird.

Die Trenndiffusxonszonen 263 und 264 sind, wie die Diffusionszonen 26o, 261 und 262, auf das Profilierungsmuster 254-253-255 ausgerichtet. Diese Zonen sollen u.a. im Zusammenhang mit Durchschlag und Kurzschluss zwischen nebeneinander liegenden Inseln in einem angemessenen Abstand von der vergrabenen Zone bleiben. Da jedoch die Lage der vergabenen Zone nicht festliegt, soll die Lage der Isolierzone 263 in einem sicheren Abstand von der vergrabenen Zone in ihrer snögiichan - in Figure 5 äusserst linken - Lage, d.h. in einem genügenden Abstand von dem Punkt 245» gehalten werden. Aus demselben Grunde soll die Isolierzone 264 in einem sicheren Abstand von der vergrabenen Zone in ihrer möglichen - in Figur 5 äusserst rechten Lage, d.h. in einem genügenden Abstand von dem Punkt 249» liegen. Dies bedeutet, dass die Möglichkeit des Auftretens von "Shift" dazu führt, dass bei den Abmessungen der den Transistor enthaltenden Insel nach Fig. 5 zweimal das Auftreten einer lateralen Verschiebung der Profilierung berücksichtigt werden soll, und zwar einmal durch eine Vergrösserung der lateralen Abmessungen der vergrabenen Zone und noch einmal "durch einen genügenden Abstand zwischen der Isolierzone und der vergrabenen Zone, unter Berücksichtigung der Ungewissheit in bezug auf die richtige Lage der letzteren.

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PHN 6926 8.5.74

Der Abstand zwischen der Isolierzone 263 und der Basiszone 260 einerseits und der Isolierzone 264 und der Kollektorkontaktzone 262 andererseits ist viel grosser als normalerweise' für eine gute Sicherung gegen Kurzschluss zwischen der Basiszone und der Isolierzone bzw. gegen Durchschlag zwischen der Kollektorzone und der Isolierzone erforderlich wäre.

Fig. 4 zeigt schematisch das Anwachsen einer epitaktischen Schicht auf einer profilierten Oberfläche mit einer Orientation, wie sie bei dem Verfahren nach der Erfindung angewandt werden soll, z.B. etwa gemäss der (115)-Fläche. Ein Pfeil gibt etwa die (1-^-Richtung an.

In ein einkristallines Siliciumsubstrat 91» dessen Oberfläche 92 auf diese ¥eise orientiert ist, wird durch an sich bekannte planare Diffusionstechniken örtlich eine geeignete Verunreinigung zur Bildung einer vergrabenen dotierten Zone 208 eindiffundiert, wobei der Leitfähigkeitstyp dieser Zone z.B. dem des Substrats 91 entgegengesetzt ist. Bei diesem Vorgang wird an der Stelle, an der die Diffusionszone 208 gebildet wird, Silicium oxidiert, so dass eine Profilierung mit einem tiefer liegenden Oberflächenteil 93 erhalten wird, der von Randteilen 94 und 95 begrenzt wird, die durchschnittlich einen Winkel von etwa 5° mit diesem tiefer liegenden Teil.93 und den angrenzen-

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- k5 -

PHN 692ο

den höher liegenden Teilen der Oberfläche 92 einschliessen. Die verwendeten Diffusionsmaskierungen und Oxidschichten, die während der Diffusion gebildet werden, werden weggeätzt, wodurch die Siliciumsubstratoberflache frei gelegt wird. Die Profilierung in der Oberfläche gibt dabei die Lage der Diffusionszone 208 an.

Dann wird eine epitaktische Schicht 200 aus Silicium auf an sich bekannte Weise abgelagert, Dadurch, dass die Orientation der Substratoberfläche nun günstig gewählt ist, sind die Wachstumsgeschwindigkeiten in Richtungen senkrecht zu den Randteilen 9^ und 95 einander praktisch gleich und auch praktisch gleich den Wachstumsgeschwindigkeiten senkrecht zu den nächstliegenden höheren Teilen der Oberfläche 92 und zu dem tiefer liegenden Oberflächenteil 93· Auch in zwischenliegenden Richtungen sind die Wachstumsgeschwindigkeiten einander praktisch gleich, wodurch die Bildung anders orientierter Oberflächen, wie an Hand der Fig. 2 beschrieben ist, auftritt.

Dadurch, dass alle Flächenteile praktisch mit gleicher Geschwindigkeit wachsen, sind auch die lateralen Verschiebungen der Übergänge zwischen benachbarten !-•Tläcnen teilen mit verschiedenen Orien tat ionen praktisch vernachlässigbar. Der Randteil 9^ bildet Übergänge 96 und 97 niit dem angrenzenden höher liegenden Teil der Substratoberfläche 92, bzw. mit dem tiefer

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liegenden Oberflächenteil 93. Der Randteil 95 bildet Übergänge 99 und 98 mit dem angrenzenden höher liegenden Teil der Substratoberfläche 92 bzw. mit dem tiefer liegenden Oberflächenteil 93· Die Verschiebungen der Übergänge 9^>, 97» 98 und 99 während der epitaktischen Ablagerung sind mit gestrichelten Linien 201, 202, 203 bzw. 204 angegeben, während die Verschiebung der Mitte 2O5 des tiefer liegenden Oberflächenteiles 93 mit der gestrichelten Linie 206 angegeben ist.

Nach Ablagerung der epitaktischen Schicht 200 weist die Oberfläche 212 nicht nur praktisch die gleiche Profilierung wie die ursprüngliche Substrat— oberfläche 92 auf,, sondern ist auch die Profilxerung der Oberfläche 212 praktisch nicht lateral in bezug auf die Profilierung der ursprünglichen Substratoberfläche 92 verschoben. Die Übergänge 216, 217, 218 und 219 zwischen verschieden orientierten Teilen der Oberfläche 212, die den Übergängen 96, 97, 98 bzw. 99 der Substratoberfläche 92 entsprechen, liegen auch nahezu gerade oberhalb der letzteren entsprechenden Übergänge. Der tiefer liegende Teil 213 der Oberfläche der epitaktischen Schicht weist praktisch die gleiche Form und Grosse wie der ursprüngliche tiefer liegende Teil

93 der Substratoberfläche auf, wobei die Mitte 2O7 des tiefer liegenden Teiles 213 gerade oberhalb der Mitte 205 des entsprechenden tiefer liegenden Teiles

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93 der Substratoberfläche liegt. Auch die Randteile und 215 der Oberfläche 212 cferiejjiLtak ti sehen Schicht liegen praktisch gerade oberhalb der entsprechenden Randteile 9k, bzw. 95 der Substratoberfläche 92.

Dabei .können bei der Massenherstellung einkristalline Siliciumsubstratkörper verwendet werden, wobei die Substratoberflächen der verschiedenen SiIiciumkörper in ihrer Orientation in bezug auf das Kristallgitter des einkristallinen Substrats voneinander verschieden sein können, vorausgesetzt, dass sie innerhalb der bei dem Verfahren nach der Erfindung einzuhaltenden Begrenzungen gehalten werden. Die Profilierungen in der Oberfläche der epitaktischen Schicht werden bei all diesen Siliciumkörpern praktisch gleich den Profilierungen in den ursprünglichen Substratoberflächen sein, d.h., dass stets die entsprechenden Profilierungen praktisch gerade übereinander liegen werden. Daraus lässt sich die Lage vorher angebrachter vergrabener Zonen an Hand der Profilierung in der Oberfläche der epitaktischen Schicht für jede Scheibe genau ermitteln. Nicht nur ist auf diese ¥eise Konturverwaschung (smear) verringert, sondern auch brauchen keine Ungewissheiten in bezug auf die Lage der vergrabenen Schichten durch unkontrollierbare Profilierungsverschiebungen (shift) beim Entwerfen einer integrierten Schaltung berücksichtigt zu werden. Die damit einhergehenden Vorteile,

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Insbesondere die Möglichkeiten einer gedrängteren Bauart, werden an Hand der Fig. 6 näher erläutert,

Fig. 6 bezieht sich auf einen Teil einer integrierten Schaltung mit durch Trenndiffusion voneinander getrennten Inseln, die in einer epitaktischen Schicht gebildet werden, wobei in diesen Inseln Halbleiterschaltungselemente untergebracht sind. In Fig. 6 ist in einer solchen Insel ein Transistor vom in Fig. 5 dargestellten Typ gebildet. Auch in Fig. 6 sind die üblicherweise vorhandenen Oxidschichteh. und Metallstreifen nicht dargestellt. Für einen guten Vergleich zwischen den Figuren 5 und 6 sind die in diesen Figuren gezeigten Transistoren in bezug auf Grosse und Form der Emitterzone, der Basiszone, der Kollektorkontaktzone und des Gebietes zwischen der Kollektorkontaktzone und der Basiszone sowie ihre gegenseitige Lage identisch. Auch ihre Herstellung umfasst ähnliche Schritte. Die Halbleiteranordnung, von der Fig. 6 ein Detail zeigt, wird jedoch gemäss einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt.

Es wird von einem einkristallinen Siliciumsubstratkörper 431 von einem bestimmten Leitfähigkeitstyp, z.B. einem hochohmigen p-leitenden Körper, ausgegangen, dessen Oberfläche 432 eine Orientierung aufweist, wie sie vorzugsweise bei dem Verfahren nach der Erfindung angewendet wird, indem die Orientation dieser

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Fläche nicht mehr als 10° von einer j 115 T -Fläche und

Γ 1 -

mindestens 10° von der <001f -Fläche abweicht, die den

Γ 7

kleinsten Winkel mit der genannten i115f -Fläche einschliesst. Dieser kleinste Winkel ist etwa 15°· Vorzugsweise weicht die Orientation der Substratoberfläche auch hoch mindestens 7° von der ?113? -Fläche ab, die den

f 1
kleinsten Winkel mit der i115j -Fläche einschliesst.

Dieser kleinste Winkel beträgt etwa 10°. Es kann eine Substratoberfläche verwendet werden, die etwa gemäss einer Jl 15*- -Fläche orientiert ist und z.B. nicht mehr als 3° von dieser Orientation abweicht.

Auf übliche Weise wird durch planare Diffusionstechniken örtlich eine an der Substratoberfläche 432 liegende hochdotierte Zone 448 von einem dem des Substrats entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, z.B. eine η-leitende Zone durch örtliche Arsendiffusion, gebildet. Dabei erhält die Substratoberfläche eine Profilierung mit einem tiefer liegenden Teil 433» der von Randzonen 434 und 435 begrenzt wird.

Dann wird durch an sich bekannte Techniken eine epitaktische Siliciumschicht 44O angewachsen. Das Silicium dieser Schicht weist einen dem des Substrats 431 ,entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp und einen verhältnismässig hohen spezifischen Widerstand auf. Die in dem Substrat gebildete Diffusionszone 448 wird dabei eine vergrabene Zone, die nieder-

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ohmig in bezug auf das epitaktisch angebrachte Material ist. Aus dem Profil des Substratsoberfläche 432 wird ein praktisch identisches Profil in der Oberfläche 452 der epitaktischen Schicht 440 erhalten. So enthält die Oberfläche 452 einen tiefer liegenden Teil 453 mit Randteilen 454 und 4551 der dem tiefer liegenden Teil 433 mit Randteilen 434 bzw. 435 der Substratoberfläche 432 entspricht. Die erhaltene Profilierung wird danach zum Ausrichten von Photomasken zur Bildung von Diffusionsmaskierungsmustern für anschliessend durchzuführende Diffusionsschritte verwendet. Diese Diffusionsschritte bestehen aus einer tiefen Trenndiffusion zur Bildung bis zu dem Substrat reichender Trennzonen 463 und 464 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat, z.B. einer Bordiffusion, um in der epitaktischen Schicht eine Unterteilung in Inseln von einem dem des Substrats entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu erhalten.

Dann wird eine weniger tiefe Basisdiffusion oberhalb der vergrabenen Zone 448, z.B. ebenfalls eine Bordiffusion, durchgeführt, deren Dauer jedoch kurzer als die der Diffusion zur Bildung der Isolierzonen 463 und 464 ist. Dabei wird eine Basiszone 46o von einem dem des Substrats gleichen Leitfähigkeitstyp gebildet. Mit einer Emitterdiffusion, z.B. durch Eindiffusion von Phosphor, werden eine Emitterzone 461 in der Basiszone 46θ und eine niederohmige Kollektor-

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kontaktzone 462 angebracht, die beide einen dem des Substrats 431 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Das an die Basiszone grenzende, epitaktisch angebrachte Material bildet nun die Kollektorzone des Transistors, wobei dieser Kollektor mit einem (nicht dargestellten) Kollelctorkontakt verbunden ist, der auf der Zone 462 angebracht ist. Die vergrabene Zone 448 dient zur Herabsetzung des Kollektorreihenwiderstandes.

Die hier beschriebenen Bearbeitungen entsprechen den Herstellungsschritten, die an Hand der Fig. 5 beschrieben sind. In bezug auf die Bemessungen und die Lokalisierung der verschiedenen Gebiete braucht nun nicht mehr das Auftreten von "Shift" berücksichtigt zu werden. So kann man sich darauf verlassen, dass auch bei Änderung der Orientation innerhalb der oben angegebenen Grenzen die Randteile 454 und 455> die den tiefer liegenden Oberflächenteil 453 begrenzen, nahezu gerade über den ursprünglichen Randteilen 434 bzw. 435 der ursprünglichen Substratoberfläche liegen werden. Dies bedeutet, dass nun die lateralen Abmessungen der vergrabenen Zone 448 nahezu auf die lateralen Abmessungen desjenigen Teiles des Transistors beschränkt werden können, der durch die Basiszone 46o, die Kollektorkontaktzone 462 und das zwischen diesen beiden Zonen liegende Gebiet gebildet wird. In dem Beispiel nach Fig. 6 ist zur Bildung der vergrabenen Zone 448

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eine Diffusionsmaskierung mit einem Fenster verwendet, dessen Abmessungen den lateralen Abmessungen des vorerwähnten Teiles des nachher herzustellenden Transistors praktisch gleich sind. Durch laterale Diffusion breitet sich die vergrabene Zone noch lateral bis zu den Begrenzungen 436 und 437 aus, von denen sich mit verhältnismässig grosser Genauigkeit sagen lässt, dass sie praktisch gerade unter den Punkten 456 bzw. 457 liegen werden, welche Punkte in einem vorher zu bestimmenden Abstand von dem Randteil 454 bzw. 455 liegen.

Bei der Positionierung der Trenndiffusionszonen 463 und 464 braucht man jetzt nur eine vergrabene Zone 448 mit kleineren lateralen Abmessungen als die vergrabene Zone 248 nach Fig. 5 zu berücksichtigen. Weiter lässt sich dabei die Lage dieser vergrabenen Zone 448 praktisch genau feststellen. Dadurch kann der Raum zwischen der Trenndiffusionszone 463 und der Basiszone 460 und kann der Raum zwischen der Trenn·* diffusionszone 464 und der Kollektorkontaktzone 462 viel kleiner als die entsprechenden Abstände zwischen den Zonen 263 und 260, bzw. zwischen den Zonen 264 und 262 der in Fig. 5 dargestellten Halbleiteranordnungen gewählt werden. In^-dem Beispiel nach Fig. 6 kann schon eine Gedrängtheit erreicht werden, an die durch das Auftreten unerwünschter Wechselwirkung zwischen an

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der Oberfläche liegenden Zonen und den Tr enndif fusions— zonen Grenzen gesetzt werden. Beim Vergleich, der Fig. 6" mit Fig. 5 ist es klar, dass mit dem Verfahren nach der Erfindung für ein' gleiches Halbleiterschaltungselement mit vergrabener Diffusionszone in einer monolithischen integrierten Schaltung Inseln mit kleineren lateralen Abmessungen als bei durch bekannte Verfahren hergestellten integrierten Schaltungen verwendet werden können. Dabei ist es auch klar, dass dadurch aus einer Halbleiterscheibe eine grössere Anzahl vergrabener Zonen enthaltenden Halbleiteranordnungen bestimmter Spezifikationen als durch bekannte Techniken hergestellt werden können, bei denen "Shift" berücksichtigt werden muss. Weiter werden Schwierigkeiten infolge des Auftretens von "Smear" vermieden.

Die gewählten Orientatiönen liegen doch noch verhältnismässig nahe bei 4 001 V -Orientatiönen, Bekann·

r ι

te Vorteile von JOOIf -Orientatiönen im Vergleich zu anderen üblichen Orientatiönen, wie 4 11Or - und

f 1 ^J

γ 111 Γ -Orientatiönen, gelten, wie sich herausgestellt hat, auch für vorzugsweise nach der Erfindung angewandte Orientatiönen. So können mit Hilfe anisotroper Ätzmittel zueinander senkrechte oder praktisch senkrechte Nuten mit steilen Wänden in die Oberfläche geätzt werden, welche gemäss J 111L -Flächen orientiert sind. Infolge■der grossen Winkel zwischen den gewählten

ο .

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- 5h -

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Ji 1 1 I -Flä<

Flächenorientationen und den JiIIl- -Flächen können tiefe Nuten geringer Breite erhalten werden. Veiter stellt sich heraus, dass die Oberflächeneigenschaften in planaren Strukturen von den bekanntlich günstigen Oberflächeneigenschaften von J001 I -Flächen in planaren Strukturen nicht wesentlich verschieden sind.

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Claims (8)

1. PHN 6926 8.5.7**

   Patentansprüche;

   Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, insbesondere ein'er monolithischen integrierten Schaltung, bei dem auf einer Seite eines einkristallinen Siliciumsubstratkörpers durch örtliche Diffusion mindestens einer Verunreinigung in eine praktisch ebene Oberfläche des Substratkörpers gemäss einen bestimmten Muster angeordnete, hochdotierte Zonen angebracht werden und der Substratoberfläche auf dieser Seite eine Profilierung gemäss einem Muster gegeben "^;·. wird, das dem Muster der hochdotierten Zonen entspricht, wonach auf dieser Seite eine epitaktische Siliciumschicht angebracht wird und dann ein oder mehrere Schaltungselemente unter Verwendung mindestens eines Photoreservierungsschrittes gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die praktisch ebene Substratoberfläche eine Kristallorientation gegeben wird, die zwischen einer

   {001 I -Fläche und einer benachbarten i 111 J- -Fläche J r η L ^J

   lieser -)00it -Flä 4 1 11 j· -Flä«

   liegt, mindestens 10° von dieser 400it -Fläche und

   C 1 L ^J

   mindestens 15° von dieser 4 111t· -Fläche abweicht und in einem Gebiet innerhalb 10° von der durch diese beiden kristallographischen Flächen gebildeten kristallographischen Zone liegt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche einen Winkel von mindestens 7° mit der zwischen der

   (⁰⁰¹J -

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   PHN 6926 8.5.74

   Fläche und der J 111 £ -Fläche liegenden A113γ Fläche einschliesst.
3. 3· Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einkristalline Silicium des Substrats versetzungsfrei ist.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche einen Winkel'von mindestens 6° mit der zwischen der J 0OU -Fläche und der 7¹¹¹f -Fläche liegenden

   C ^Ll J C ^J

   -i112f -Fläche einschliesst.
5. 5· Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche eine Orientation aufweist, die höchstens 10° von einer 7II5I· -Fläche abweicht.
6. 6. Verfahren .nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Substratoberfläche eine Orientation aufweist, die höchstens 3° von einer τ 115? -Fläche abweicht.
7. 7« Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine epitaktische Schicht mit einer Dicke von mindestens 5 /U angewachsen wird.
8. 8. Halbleiteranordnung, insbesondere integrierte Schaltung, die durch ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche erhalten ist.

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   Sf

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