DE3327301A1 - Integrierte halbleiterschaltung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Integrierte halbleiterschaltung und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung (im folgenden als "IC" bezeichnet) mit einer hohen Integrationsdichte
und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Es sind neue Isolationstechniken in großer Zahl in Entwicklung, die dazu ausgelegt werden , die Integrationsdichte von
ICs zu erhöhen. Bei vielen davon findet das (isotrope) reaktive Ionenätzen Anwendung, wodurch ein nur schwaches Ätzen
von Seitenflächen bedingt wird (vergl. "NIKKEI ELECTRONICS" 29. März 1982, Seiten 90 bis 101).
Eine solche Isolationstechnik ist nicht nur für bipolare ICs, sondern auch für MOS-ICs anwendbar. Ihre Vorteile können
besonders bei bipolaren ICs ausgenutzt werden, die tiefe Isolationsbereiche erfordern. Im folgenden wird sich die
Beschreibung deshalb auf die bipolaren ICs konzentrieren.
Als eine der aufgeführten Isolationstechniken findet ein Verfahren Anwendung, bei dem cer Teil eines Halbleiterkörpers,
der ein Isolationsbereich werden soll, eingeschnitten wird, um eine Rinne zu bilden, woraufhin die Rinne unter
Verwendung eines isolierenden Materials, wie SiO,, oder polykristallinem Silizium, als Füllmaterial ( burying
material) aufgefüllt wird. Ein konkreter Weg zur Auffüllung des Rinnenteils mit dem Füllmaterial wird weiter unten ausgeführt.
Das Füllmaterial wird auf der gesamten Oberfläche des mit der Rinne versehenen Halbleiterkörpers dick abgeschieden.
Daraufhin wird die gesamte Oberfläche geätzt und dabei geglättet, um das überschüssige Füllmaterial zu entfernen.
Bei der Ausbildung verschiedener Bauelemente, wie z.B. von
Transistoren, in einem IC wird unvermeidlich in einem bestimmten
Teil eines Chips, insbesondere im Randbereich, ein umfangreicher Isolationsbereich zur Bildung der Verdrahtung
festgelegt. Das führt zum Problem der Glättung der Oberfläche dieses Teilbereichs. Ein im Vergleich zu
seiner Tiefe schmaler Isolationsbereich ist nicht sehr kritisch, weil die Rinne annähernd aufgefüllt ist. Im Gegensatz
dazu tritt bei einem gegenüber der Tiefe breiten Isolationsbereich unvermeidlich auf der Oberfläche selbst nach
der Abscheidung des Füllmaterials eine große Vertiefung auf. Ein zur weiteren Glättung einer solchen Oberfläche
notwendiger Prozeß ist relativ schwierig. Daher wird ein Prozeß für das gesamte Bauelement erschwert und bildet eine
ernsthafte Schwierigkeit im Hinblick auf die Produktion.
Als eine Maßnahme zur Lösung einer solchen Schwierigkeit untersuchten die Erfinder ein Verfahren, bei dem die Breite
der oben erwähnten Rinne auf einen im wesentlichen konstanten, kleinen Wert in einem Bereich von z.B. ungefähr
1,0 bis 2,5 μπι, abhängig vom Auflösungsvermögen der Fotolitographie'
usw., festgesetzt wird. Der Grund dafür liegt darin, daß mittels der CVD (Chemical Vapour Deposition)
zur Abscheidung des Füllmaterials die schmale Rinne vollständig aufgefüllt wird, weil das Füllmaterial auch von
den seitlichen Oberflächen der Rinne her aufwächst.
Wird die Breite der Rinne für die elektrische Isolation jedoch konstant gehalten, müssen die Leiterverbindungen andererseits
auf dem nicht aktiven Bereich eines Halbleiterkörpers
(der Bereich, in dem kein Halbleiter-Bauelement gebildet wird), gebildet werden. Die nicht aktive Fläche
wird deshalb nicht mit einem dicken isolierenden Film bedeckt, wie man ihn durch die Anwendung der Isoplanartechnik
erhält. Dementsprechend wird mit einer solchen Leiterstruktur die Leiterkapar.ität zwischen der Leiterbahn und
dem Halbleiterkörper groß, was sich im Problem der Verschlechterung
der elektrischen Charakteristika des Bauelements, insbesondere in der Verzögerung der Signalausbreitung,
niederschlägt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, bei der Entwicklung eines ICs unter Verwendung der oben beschriebenen
Isolationstechnik, die Schwierigkeit hinsichtlich der Herstellung und ebenso das Problem betreffend die elektrischen
Charakteristika des Bauelements zu lösen.
Gemäß der bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung
ist ein Isolationsbereich zur elektrischen Abisolation der Hauptoberfläche eines Halbleiterkörpers in eine
Vielzahl von Halbleiter-Teilbereichen ein solcher Bereich, in dem ein Füllmaterial, z.B. ein Isolator, eine Tiefe im
Halbleiterkörper mit im wesentlichen konstanter Breite ausgebildete
Rinne auffüllt. In ausgewählten Halbleiter-Teilbereichen werden Halbleiter-Bauelemente gebildet. Auf der
nicht aktiven Fläche, auf- der kein Halbleiter-Bauelementausgebildet ist, wird über die lokale Oxidation des HaIb-
nicht aktiven Fläche, auf- der kein Halbleiter-Bauelementausgebildet ist, wird über die lokale Oxidation des HaIb-
leiterkörpers ein dicker Oxidfilm erzeugt. Da die Breite
der Rinne über den gesamten Halbleiterkörper konstant ist, ist der Verfahrensschritt des Auffüllens der Rinne mit dem Füllmaterial einfach. Darüberhinaus wird die Kapazität, die eine über den nicht aktiven Bereich verlaufende Leiterbahn zwischen sich und dem Halbleiterkörper aufweist, durch den dicken Oxidfilm verringert.
der Rinne über den gesamten Halbleiterkörper konstant ist, ist der Verfahrensschritt des Auffüllens der Rinne mit dem Füllmaterial einfach. Darüberhinaus wird die Kapazität, die eine über den nicht aktiven Bereich verlaufende Leiterbahn zwischen sich und dem Halbleiterkörper aufweist, durch den dicken Oxidfilm verringert.
Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt eines bipolaren ICs eine Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. 2a bis 2f sind Darstellungen der Verfahrensschritte und zeigen ein Verfahren zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten
bipolaren ICs.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Maskenstruktur zur Anwendung bei der Herstellung einus Bauelements.
Im folgenden wird der Inhalt der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genau dar-.
5 gelegt. -
Fig. 1 zeigt in einem Querschnitt eine Ausführungsform, bei der die Erfindung auf einen bipolaren IC Anwendung findet.
Verschiedene Einzelheiten dieses bipolaren ICs werden aus der späteren Beschreibung eines Herstellungsverfahrens
to deutlich werden. Deshalb wird die Erfindung hier in ihren
Grundzügen dargestellt.
Ein Halbleiterkörper 100 weist eine N -dotierte vergrabene Schicht 5 und weiterhin eine N -dotierte epitaxiale Schicht
9 auf einem P-dotierten Silizium-Halbleitersubstrat 2 auf. Ein bipolarer Transistor wird In einem aktiven-Bereich -1 .
zur Bildung^'der^ Bauelemente^ gebildet >-d.h. v; in' einem ausgewählten Bereich der Halbleiterbereiche, die durch eine einen
Isolationsbereich bildende Rinne 3 elektrisch abisoliert sind. Der aktive Bereich beinhaltet eine P-dotierte Basiszone
19, eine N -dotierte Emitterzone 21 und einen N -do-
tierten Kollektor-Kontaktbereich 18. Eine Aluminiumelektrode
30 wird mit der Basiszone 19 in Ohm'schem Kontakt gehalten. Ebenso wird eine Aluminiumelektrode 31 mit der Emitterzone
und eine Aluminiumelektrode 32 mit dem Kollektor-Kontaktbereich 18 in Ohm'schem Kontakt gehalten. Der Kontakt dieser
Elektroden wird durch Kontaktöffnungen hergestellt, die in
einem dünnen, durch thermische Oxidation der Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 gebildeten Oxidfilm 20 (einige 10 Nanometer)
und in einem Passivierfilm 22 vorgesehen sind.
Wie später ausgeführt wird, werden die Aluminium-Leiterbahnschichten
33 und 34 auf einem dicken Siliziumfilm 72 in einem inaktiven Bereich 6 ausgebildet, nämlich in dem der
durch den Isolationsbereich oder die Rinne 3 elektrisch isolierten Halbleiterbereich, in dem kein Halbleiter-Bauelement
ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß wird die tiefe Rinne 3, deren Breite im wesentlichen
konstant gehalten wird (z.B. 1,0 bis 1,5 μΐη) , in
einer Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 und über deren gesamte Ausdehnung gebildet und mit einem Füllmaterial 4,
d.h. mit einem isolierenden Material wie SiO„, aufgefüllt.
Dadurch wird die elektrische Isolation zwischen den Bauelementen bewirkt. Das Füllmaterial kann auch ein anderes Material
als ein Isolator sein, wie z.B. polykristallines Silizium. In diesem Falle muß die Oberfläche des die Rinne
auffüllenden polykristallinen Siliziums oxidiert werden. Der Isolationsbereich legt eine Vielzahl von Bereichen zur
Ausbildung von Bauelementen fest. Im Falle des bipolaren IC muß die tiefe Rinne 3 wenigstens so tief sein, daß sie durch
die vergrabene Schicht 5 das Halbleitersubstrat 2 erreicht, und ihre Tiefenausdehnung ist größer als ihre Breitenausdehnung.
Im Falle eines MOS-IC kann die Rinne jedoch in einem Maße verflacht werden,in dem die elektrische Isolation zwischen
den Bauelementen möglich bleibt. Demgemäß bezeichnet das Adjektiv "tief" in tiefer Rinne 3 die Tatsache, daß die
Rinne eine hinreichende Tiefe zur elektrischen Isolation der Bauelemente aufweist.
Zusätzlich sind bei dieser Erfindung dicke Oxidfilme 71 und 72, die aus der lokalen Oxidation der Oberfläche des HaIbleiterkörpers
100 resultieren, über den gesamten Oberflächenteilen der Bereiche (nicht aktive Bereiche) 6 vorgesehen,
in denen keine Halbleiter-Bauelemente, wie z.B. Transistoren,
ausgebildet sind. Die dicken Oxidfiline 71 und 72 dienen zur
Verringerung der Streukapazitäten der Äluminium-Leiterbahnen 33 und 34, die darauf gebildet werden sollen. Sie müssen
demgemäß wenigstens dick genug sein, die Streukapazitäten der Leiterbahnen zu erniedrigen. Die Dicke der Oxidfilme
71 und 72 wird in einem Bereich von mehreren 100 nm
bis zu einigen μΐη festgelegt. Dieser Wert ist erheblich
größer als die Dicke des durch thermische Oxidation entstandenen FiliTi3 20 der Oberfläche des Halbleiterkörpers
in dem Bereich, in dem das Halbleiter-Bauelement gebildet
ist.
In der obigen Ausführungsform bezeichnet die Bezugsziffer
17 einen dünnen Siliziumoxidfilm, der im Rinnenbereich gebildet ist. Der Siliziumoxidfilm 17 wird vorgesehen, um die
in der Rinne 3 freigelegte Oberfläche des Halbleiterkörpers gegen Kontamination usw.. im Verlauf späterer Verfahrensschritte zu schützen. Falls irgendein anderes Material als
der Isolator als Füllmaterial verwendet wird, ist der Siliziumoxidfilm 17 unbedingt erforderlich, und er wird einige
100 nm dick gehalten. Mit Bezugsziffer 70 ist ein dicker Siliziumoxidfilm dargestellt, der dazu dient, den Kollektor-Kontaktbereich
18 und den Basisbereich 19 zu isolieren, und der gleichzeitig mit den anderen dicken Siliziumoxidfilmen
71 und 72 ausgebildet wird.
Die dicken Oxidfilme 71 und 72 schließen an den Isolationsbereich 8 zwischen den Elementen zur Ausbildung der tiefen
Rinne 3 an. Deswegen können die dicken Oxidfilme 71 und 72 beim Schritt der Ausbildung der tiefen Rinne 3 als eine
Maske genutzt werden. Unter diesem Gesichtspunkt ist es vorteilhaft, die dicken Oxidfilme 70, 71 und 72 durch lokale
Oxidation und danach die tiefe Rinne 3 auszubilden.
Um den Kollektor-Kontaktbereich 18 von dem Basisbereich 19
unter Verwendung eines Isolators statt des dicken Oxidfilms
70 zu isolieren, kann auch eine flachere Rinne als die Rinne 3 Anwendung finden. In der vorliegenden Ausfuhrungsform wird
jedoch der dicke Oxidfilm 70 verwendet, um die Verschlechterung der elektrischen Charakteristika des Transistors zu
verhindern. Diese Technik wurde auf der Grundlage der Experimente der Erfinder mit der Isolationstechnik vervollkommnet.
Wird der Oxidfilm 70 durch eine flachere Rinne als die Rinne 3 ersetzt, so zeigte die Untersuchung der Erfinder,
daß die Bauelement-Charakteristika betreffende Defekte in der Nachbarschaft der flacheren Rinne auftreten können. Sie
sind Kristalldefekten zuzuschreiben, die durch Versetzungen bedingt werden, und in Bauelementen der Struktur schwierig
zu vermeiden, bei der der Kollektor-Kontaktbereich und der
Basisbereich unter Verwendung der flacheren Rinne isoliert werden. Bezüglich der Funktion der Isolation treffen der
Isolationsbereich 8 und die flachere Rinne zur Isolierung des Kollektor-Kontaktbereiches an beiden Enden der flacheren
Rinne zusammen, so daß die Stufen der Rinnen in diesen Teilen auftreten. Da in dieser Ausführungsform der Kollektor-Kontaktbereich
18 durch das auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 durch loyale Oxidation erzeugte Oxid
70 isoliert ist, werden keine Rinnenstufen erzeugt, und die von den Versetzungen herrührenden Kristalldefekte
treten nicht auf. Darüberhinaus können die ursprünglich vorhandenen Defekte zum Verschwinden gebracht werden, indem
die lokale Oxidation auf einer höheren Temperatur von z.B. ungefähr 11000C durchgeführt wird.
Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren erklärt, das sich gut für den in Fig. 1 gezeigten bipolaren IC eignet.
Zuerst wird eine N -dotierte vergrabene Schicht 5 mit 1
bis 2 μΐη Dicke auf der Hauptoberfläche eines P-dotierten
Siliziumsubstrats 2 mit der Kristallfläche (100) abgeschieden und darauf eine N -dotierte Silizium-Epitaxialschicht
(1 bis 2 μΐη dick, vorzugsweise 1,4 bis 1,6 μπι dick)
gebildet, die zu den aktiven Teilen eines Transistors wird. Auf diese Weise wird ein Halbleiterkörper 100 erzielt. Im
folgenden wird die Oberfläche der Silizium-Epitaxialschicht 9 thermisch oxidiert, um einen SiO3-FiIm (Siliziumoxidfilm)
10 mit ungefähr 50 bis 90 nm Dicke zu bilden. Auf dem SiO3-FiIm
10 werden nacheinander ein oxidationsundurchlässiger Film 11, z.B. ein Si3N4-JFiIm, über das herkömmliche CVD-Verfahren'
und ein SiO2 (oder Phosporsilicatglas) - Film 12
über das Niederdruck-CVD-Verfahren abgeschieden. Danach wer- äen, wie in Fig. 2A gezeigt, der SiO3-FiIm 12 und der Si3N4-FiIm
11 über das herkömmliche fotolithographische Verfahrenmit einer Struktur versehen, um zusammen mit einem Kollektor-Kontaktisolationsbereich
13 Teile zu öffnen, die zu einem Isolationsbereich 8 zwischen Bauelementen und zu
einem nicht aktiven Bereich 6 werden sollen.
Als nächstes werden ausgewählte Teile des geöffneten Isolationsbereiches
8 zwischen den Bauelementen mit einem Si3N4-FiIm
(Siliziumnitridfilm) 14 bedeckt. Wie in Fig. 2B gezeigt, wird die Oberfläche des Siliziumkörpers 100 unter
Verwendung des Si3N4-FiImS 14 und des geöffneten Si3N4-FiImS
11 als eine Maske lokal oxidiert, während die dicken Oxidfilme
70, 71 und 72 jeweils mit einer Dicke von ungefähr 1 μπι in den entsprechenden Teilen des Kollektor-Kontakt-Isolationsgebietes
13 und der nicht aktiven Bereiche 6 gebildet werden. Ein Beispiel für die wesentlichen Teile von
Maskenstrukturen zur Anwendung in diesen Verfahrensschritten ist in Fig. 3 gezeigt. Was die Positionierung zwischen einer
Maskenstruktur 15 zur Ausbildung der Struktur des SiO3-FiImS
12 und des Si-N.-Films 11 und einer Maskenstruktur 16 zum
&tzen des Si3N4-FiImS 14 anlangt, so ist sie dann leicht,
wenn die innere Umfangskante 16a der Maskenstruktur 16 so angeordnet wird, daß sie über der Maskenstruktur 15 liegt.
Daher nimmt die Breite der Rinne 3, die später ausgebildet werden soll, an beiden Enden des Oxidfilms 70 geringfügig zu.
Die Änderung der Rinnenbreite in einem solchen Ausmaß bildet jedoch kein Hindernis für einen Auffüllvorgang.
Nachdem die lokale Oxidation auf diese Weise beendet wurde, wird der als Maske für die lokale Oxidation verwendete Si3N-Film
14 entfernt und der darunter liegende SiO^-Film 10 teilweise entfernt. Was den Si_N.-Film 14 anlangt, so kann
entweder ein trockenes Ätzverfahren oder ein nasses Ätzverfahren mit heißer Phosphorsäure Anwendung finden. Was den
darunter liegenden SiO^-FiIm 10 anlangt, so ist die Anwendung
des trockenen Ätzverfahrens empfehlenswert. Der Grund dafür liegt darin, daß das Überätzen der dicken Oxidfilme
70, 71 und 72 vermieden werden sollte, da sie als Maske beim Ätzen des SiO2-FiImS 10 genutzt werden. Grundsätzlich
benötigt keiner der Ätzschritte des Si-,Ν.-Films 14 und des
SiO„-Films 10 eine neue Maske. Aufgrund der Folge der Ätzvorgänge
wird das Silizium in einem Teil des Siliziumkörpers 100, der dem Isolationsbereich 8 zwischen den Bauelementen
entspricht, freigelegt, wie in Fig. 2C gezeigt. Werden die dicken Oxidfilme, die als Maske zur Bildung der
Rinne dienen sollen, über die gesamten Oberflächen geätzt, so kann die Rinnenbreite weitgehend nach Belieben festgesetzt
werden. Das heißt, an den Enden der dicken Oxidfilme werden dünne Teile (bird's beak parts) geätzt, um
den Siliziumkörper weiter freizulegen.
Als nächstes wird, wie in Fig. 2D gezeigt, die tiefe Rinne 3 gebildet. Die tiefe Rinne 3 muß so tief sein, daß sie
unter Durchdringung der vergrabenen Schicht 5 das Halbleitersubstrat 2 erreicht. Bei der entsprechenden Ausbildung
der tiefen Rinne 3 findet das reaktive Ionenätzen Anwendung, bei dem die Seitenwände kaum angeätzt werden. Als
Gas ist vorzugsweise CCl.-Gas, zu dem O~-Gas hinzugefügt
wird, zu verwenden. Die Fähigkeit zur Maskierung der Ätzwirkung des reaktiven Ionenätzc.ns nimmt in der Reihenfolge
Si, Si3N4 und SiO2 zu. Die Maskierfähigkeit von Si3N. kann
ungefähr 10-mal so hoch und die von SiO~ ungefähr 20-mal
so hoch wie die von Silizium gemacht werden. Demgemäß kann die tiefe Rinne 3 unter Ausnutzung solcher Unterschiede im
Ätzwiderstand gebildet werden. Bei der Bildung dieser tiefen Rinne 3 kann in einem oberen Teilbereich durch anisotropes
Ätzen mit einer alkalischen Ätze wie Hydrazin oder Kaliumhydroxid KOH vor dem reaktiven Ionenätzen eine schief angeätzte
Oberfläche ausgebildet werden. Wahlweise kann nach dem reaktiven Ionenätzen noch mit Fluor— oder Salpetersäure
geätzt werden, um eine freie Oberfläche zu erzielen. Zum Zeitpunkt der Beendigung des Ätzvorgangs für die
tiefe Rinne 3 kann der.als Maske dienende Si3N4-FiIm 11
fast vollständig entfernt sein. Selbstverständlich kann
15' der Si3N4-FiIm 11 in Abhängigkeit von der Selektivität
des Ionenätzens, der Dicke des Si3N4-FiImS und der Tiefe
der Ätzrinne erhalten bleiben.
Im Anschluß daran wird ein Siliziumoxidfilm (SiO2-FiIm)
17 mit einer Dicke von 25 . bis 400 nm über thermische Oxidation auf der freigelegten inneren Oberfläche der tiefen
Rinne 3 ausgebildet. Zur gleichen Zeit oder nach der Formuierung des Oxidfilins 17 wird die Hauptoberfläche des
Kalbleiterkörpers 100 wiederum durch thermische Oxidation
mit einem 50 bis. 90 nm dicken Siliziumoxidfilm bedeckt.
Zur Ausbildung des Oxidfilms 20 muß der Oxidfilm 10 im voraus entfernt werden. Obwohl der Oxidfilm 10 auch durch
den Oxidfilm 20 ersetzt werden kann, ist es besser, den Oxidfilm 20 von neuem auszubilden. Danach wird, wie in
Figur 2E gezeigt, über den CVD-Prozeß ein Füllmaterial 4, das ein isolierendes Material wie SiO2 ist, auf der gesamten
Oberfläche des Siliziumsubstrats 2 abgeschieden.
Die Abscheidemenge muß wenigstens die Tiefe der Rinne 3 übersteigen.
Im nächsten Verfahrensschritt wird das abgeschiedene Füllmaterial 4 über ein isotropes Ätzverfahren wie
Plasmaätzen entfernt, um die Hauptoberfläche des Siliziumkörpers 100, wie in Figur 2F gezeigt, zu glätten. Auf
diese Weise sind die Isolationsschritte vollständig durchgeführt. Da- in diesem Falle die Breite der tiefen Rinne 3
über den gesamten Bereich des Siliziumkörpers 100 konstant gehalten wird, ist die Oberfläche des abgeschiedenen Füllmaterials
4 im wesentlichen flach, und die oben erwähnte Glättung der Oberfläche wird deutlich vereinfacht. Es
wird manchmal empfohlen, das c.bgeschiedene Füllmaterial 4
mit einem Fotolack oder einem SOG (Spin On Glass) zu überziehen, woraufhin die Oberfläche durch isotrope Ätzverfahren,
die physikalische Mittel anwenden, geglättet wird.
Auf diese Weise kann die Glättung der Oberfläche wirksamer
durchgeführt werden. Wird als Füllmaterial ein anderes Material als der Isolator verwendet, muß seine Oberfläche
mit einem Isolator bedeckt werden. Findet z.B. polykristallines Silizium Anwendung, wird die Oberfläche geglättet
und über thermische Oxidation mit einem SiO-FiIm bedeckt.
Nach den Isolationsschritten werden der N -dotierte Kollektorkon taktber eich 18 und der P-dotierte Basisbereich 19
in der epitaxialen Schicht 9, wie in Figur 2F gezeigt, gebildet. Der Kollektorkontaktbereich 18 wird unter Verwendung
des Oxidfilms 70 und des Isolationsbereiches 8 als einer Maske in Selbstjustierung dazu ausgebildet. Die
Basiszone 19 wird auf ähnliche Art gebildet. Bei der Ausbildung der zwei Zonen ist der Justierspielraum von Fotoresistmasken
unnötig. Ein Passivierfilm 22, wie z.B. ein Siliziumoxidfilm, wird auf der Oberfläche gebildet und
strukturiert, und eine N -dotierte Emitterzone 21 gebildet. Danach werden, wie in Figur 1 gezeigt, Aluminiumelektroden
30, 31 und 32 durch Kontaktöffnungen, die in dem dünnen thermisch oxidierten Film 20 urd dem Passivierfilm 22
ausgebildet sind, und Leiterbahnen 33 und 34 abgeschieden.
Daraufhin ist der bipolare IC fertiggestellt.
Auf diese Art ist beim vorherigen bipolaren IC der Kollektorkontaktisolationsbereich
13 an der Grenze zwischen dem Kollektorkontaktbereich 18 und der Basiszone 19 angeordnet,
und daher kann die Durchbruchspannung zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors wesentlich erhöht werden.
Im Fall des dargestellten Beispiels ist der Kollektorkontaktisolationsbereich 13 aus dem Oxidfilm 70 aufgebaut, der
durch die lokale Oxidation der Hauptoberfläche des Siliziumkörpers
lOO hergestellt wird. Deswegen kann der Oxidfilm 70 gleichzeitig mit den dicken Oxidfilmen 71 und 7 2 zur
Verringerung der mit den Leitern verbundenen Kapazität gebildet werden.
Der Kollektorkontaktisolationsbereich 13 kann jedoch auch
dadurch aufgebaut werden, daß ähnlich wie beim Isolationsbereich 8 zwischen den Bauelementen eine Rinne mit Füllmaterial
aufgefüllt wird.
Die Erfindung ist bei Anwendung auf einen bipolaren IC, insbesondere einen bipolaren Speicher wie einen PROM oder
einen RAM, besonders wirkungsvoll. Sie ist auch auf einen MOS-IC usw. anwendbar. Bei der Anwendung auf den MOS-IC
kann ein P-dotierter oder N-dotierter Halbleiterkörper zur Ausbildung von MOSFETs oder zur Bildung eines komplementären
MOS-IC (CMOSIC) Anwendung finden. Im CMOSIC ist es auch möglich, die MOSFETs durch dicke Oxidfilme und die Trogbereiche
(vom P- und N-Typ) durch eine tiefe Rinne zu isolieren.
Wie oben dargestellt wird gemäß dieser Erfindung die Breitenausdehnung
der tiefen Rinne 3 im Isolationsbereich 8 zwischen den Bauelementen im wesentlichen über den gesamten
Halbleiterkörper 100 konstant gehalten, und ein Prozeß
zur Oberflächenglättung des Füllmaterials 4 kann daher
deutlich vereinfacht werden. Darüber hinaus kann der ausgezeichnete Effekt erzielt werden, daß die Leiterkapazität
zwischen dem Substrat 2 und der über dem nicht aktiven Bereich 6 verlaufenden Leiterbahn verringert
werden kann, da der dicke, durch lokale Oxidation der Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 erzeugte Oxidfilm 7
im Oberflächenteil des nichtaktiven Bereiches ohne Halbleiterbauelement ausgebildet ist.
Mit dem Herstellungsverfahren, nach dem die dicken Oxidfilme 70, 71 und 72 zuerst durch die Technik der lokalen
Oxidation ausgebildet werden und die tiefe Rinne 3 danach unter Verwendung dieser dicken Oxidfilme 70, 71 und 72
als eines Teils der Maske gebildet werden, kann im Hinblick auf die Produktion bezüglich der Maskenjustierung
usw. ein großer Nutzeffekt erzielt werden.
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Claims (18)
- STREHL SCHÜBEL-HOPF SCHULZWIDENMAYERSTRASSE 17, D-8000 MÜNCHEN 22HITACHI, LTD. 28. Juli 19 83DEA-26176Integrierte Halbleiterschaltung und Verfahren zu ihrer Herstellung/V. Halbleitereinrichtung,
gekennzeichnet durcha) einen Halbleiterkörper (100),b) einen Isolationsbereich, der eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers in eine Vielzahl von Halbleiterbereichen elektrisch isoliert und der aus einer in der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers mit im wesentlichen konstanter Breite verlaufenden Rinne (3) und einem die Rinne auffüllenden Füllmaterial (4) besteht,c) ein Halbleiterelement, das in jedem von ausgewählten ersten Halbleiterbereichen (1) aus der Vielzahl von HaIbleiterbereichen ausgebildet ist, wobei jeder erste Halbleiterbereich (1) wenigstens einen dünnen durch Oxidie-- - ■-■ 33273D1ren seiner Hauptoberfläche gebildeten Oxidfilm (20) aufweist,
d) einen dicken Oxidfilm (71, 72), der in wenigstens einem zweiten Halbleiterbereich (6) aus der Vielzahl der HaIbleiterbereiche so gebildet ist, daß er im wesentlichen dessen gesamte Oberfläche bedeckt, der dicker als der dünne im ersten Halbleiterbereich gebildete Oxidfilm (20) ist und durch Oxidieren der Hauptoberfläche des zweiten Halbleiterbereiches (6) gebildet ist, und e) Leiterbahnschichten (33, 34), die über dem dicken Oxidfilm (71, 72) im zweiten Halbleiterbereich verlaufen und zur gegenseitigen Verbindung der Halbleiterelemente Verwendung finden. - 2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oxidfilm (17) auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers (100) innerhalb der Rinne (3) gebildet ist.
- 3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (4) Silizi-imdioxid ist.
- 4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (4) polykristallines Silizium ist.
- 5. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche des die Rinne (3) auffüllenden polykristallinen Siliziums mit einem durch thermische Oxidation erzeugten Siliziumdioxidfilm bedeckt ist.
- 6. Halbleitereinrxchtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (100) ein p-dotiertes Halbleitersubstrat (2), eine η-dotierte, auf dem Halbleitersubstrat gebildete epitaxiale Schicht (9) und einen ndotierten vergrabenen Bereich (5) beinhaltet, der zwischen dem Halbleitersubstrat (2) und der epitaxialen Schicht (9) gebildet isJ: und eine höhere Fremdstoffkonzentration als die epitaxiale Schicht aufweist; daß das Halbleiterelement ein bipolarer Transistor mit einem η-dotierten, aus der epitaxialen Schicht (9) bestehenden Kollektorbereich, wobei der vergrabene Bereich (5) und ein Kollektor-Kontaktbereich (18) eine Fremstoffkonzentration aufweisen, die höher als die der epitaxialen Schicht (9) ist, mit einem p-dotierten, in der epitaxialen Schicht ausgebildeten Basisbereich (19) und mit einem η-dotierten, im Basisbereich ausgebildeten Emitterbereich (21) ist; und
daß die Rinne (3) so vorläuft, daß :;it· das Halb-leitersubstrat (2) erreicht. - 7. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor-Kontaktbereich (18) und der Basisbereich (19) durch einen dicken Oxidfilm (70) isoliert sind, der durch Oxidieren der Hauptoberfläche des ersten Halbleiterbereiches (1) gebildet ist und eine Dicke aufweist, die im wesentlichen gleich der des dicken Oxidfilms (71, 72) ist, der im zweiten Halbleiterbereich (6) gebildet ist.
- 8. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:a) Erstellen eines Halbleiterkörpers (100);b) selektives Ausbilden einer oxidationsundurchlässigenMaske (11,12,14) auf einer Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (100), wobei diese Maske einen ersten Oberflächen-Teilbereich eines jeden von einer Vielzahl von ersten Halbleiterbereichen, in denen ..jeweils Halbleiterelemente gebildet werden sollen, und einen zweiten Oberflächen-Teilbereich (8) einer? zweiten Halbleiterbereiches bedeckt, der zwischen der Vielzahl der ersten Halbleiterbereiche liegt und in dem ein Isolationsbereich gebildet werden soll, und wobei sie wenigstens einen dritten Oberflächen-Teilbereich (6) eines dritten Halbleiterbereiches ausnimmt, der von dem zweiten Halbleiterbereich (8) zur Bildung des Isolationsbereichs ungeben ist;c) Ausbilden eines dicken Oxidfilmes (71, 72) im dritten Oberflächen-Teilbereich (6) durch thermische Oxidation der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats unter Verwendung der oxidationsundurchlässigen Maske (11, 12, 14);d) Abnehmen der oxidationsundurchlässigen Maske (14) vom zweiten Oberflächen-Teilbereich (8);e) Ausbilden einer Rinne (3) im zweiten Oberflächen-Teilbereich (8) der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (100) unter Verwendung des dicken im dritten Oberflächen-Teilbereich ausgebildeten Oxidfilms (71, 72) als eine Ätzmaske und unter Abdeckung des ersten Oberflächen-Teilbereichs durch die oxidationsundurchlässige Maske (11, 12), wobei die Rinne (3) mit einer im wesentlichen konstanten Breite verläuft und die Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (100) in die Vielzahl der ersten Halbleiterbereiche isoliert;f) Auffüllen der Rinne mit einem Füllmaterial (4);g) Ausbilden der Halbleiterelemente in den ersten Halbleiterbereichen, wobei die Hauptoberfläche jedes ersten Halbleiterbereiches einen dünnen Oxidfilm (20) aufweist, der durch thermische Oxidation gebildet und dünner als der dicke Oxidfilm (71, 72) des dritten Halbleiterbereiches ist;und
h) Ausbilden von Leiterbahnschichten (33, 34) auf dem dicken Oxidfilm (71, 72) des dritten Oberflächen-Teilbereichs, wobei die Leiterbahnschichten zur gegenseitigen Verbindung der Halbleiterelemente Verwendung finden. - 9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 8,dadurch gekennze ichnet, daß vor dem Auffüllschritt (f) eine Oberfläche des Halbleiterkörpers (100) in der Rinne (3) oxidiert wird, um dadurch einen Siliziumdioxidfilm (17) zu bilden.
- 10. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmaterial (4) Siliziumdioxid verwendet wird.
- 11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 9,dadurch gekennzeichnet, daß als Füllmaterial (4) polykristallines Silizium verwendet wird.
- 12. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß das polykristalline Silizium (4) mit einem durch thermische Oxidation gebildeten Oxidfilm bedeckt wird.
- 13. Vexlahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 10 oder 12,dadurch geke nn ze i c h η e t, daß der Verfahrensschritt U) des Erstellens des Halbleiterkörpers aus dem Einzelschritt des Ausbildens eines n-dotierten vergrabenen Bereichs (5) in einer Oberfläche eines p-dotierten Halbleitersubstrats (2) und aus dem Einzelschritt des Ausbildens einer η-dotierten epitaxialen Schicht (9) mit einer niedrigeren Fremdstoffkonzentration als der vergrabene Bereich (5) in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (2) besteht;
daß die Rinne (3) so gebildet wird, daß sie das :Halbleitersubstrat (2) erreicht; und daß der Verfahrensschritt (g) des Ausbildens der HaIbleiterelemente den Einzelschritt des Ausbildens eines ndotierten Kollektor-Kontaktbereichs (18), der den vergrabenen Bereich (5) in einem Teil jedes ersten Halbleiterbereichs erreicht, den Einzelschritt des Ausbildens eines p-dotierten Basisbereichs (19) in einem anderen Teil des ersten Halbleiterbereichs und den Einzelschritt des Aus-bildens eines η-dotierten Emitterbereichs (21) in dem Basisbereich (19) umfaßt. - 14. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 13,dadurch gekennzeichnet, daß die oxidationsundurchiässige Maske (11, 12) auf den jeweiligen ersten Oberflächen-Teilbereichen ausgebildet wird, mit Ausnahme der Oberflächenteile über Bereichen (13)', die Bereiche zwischen den Kollektor-Kontaktbereichen (18) und den Basisbereichen (19) werden sollen;und daß ein dicker Oxidfilm (70) auf Bereichen zwischen den Kollektor-Kontaktbereichen (18) und den Basisbereichen (19) durch thermische Oxidation der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers gleichzeitig mit der Formierung des dicken Oxidfilms (71, 72) des dritten Oberflächen-Teilbereichs gebildet wird.
- 15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die oxidationsundurchlässige Maske (1i) aus einem Siliziumnitridfilm hergestellt wird.
- 16. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet,daß der Siliziumnitridfilm (11) aus Siliziumnitridfilmen mit einer ersten Höhe und einer zweiten Höhe hergestellt wird, wovon der erste auf dem genannten ersten Oberflächen-Teilbereich und der letzte auf wenigstens dem zweiten Oberflächen-Teilbereich ausgebildet wird.
- 17. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach Anspruch 16,dadurch gekennzeichnet, daß ein Film mit vom Siliziumnitridfilm unterschiedlichen Eigenschaften zwischen den Siliziumnitridfilmen der ersten und der zweiten Höhe angeordnet wird, um diese zu isolieren.
- 18. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17,dadurch gekenn ζ e i chnet, daß die Rinne (3) durch reaktives Ionenätzen gebildet wird.
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