DE3537578A1

DE3537578A1 - Verfahren zur herstellung von halbleitern

Info

Publication number: DE3537578A1
Application number: DE19853537578
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Alan Hazel Grove Stockport Bruchez
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Plessey Semiconductors Ltd
Priority date: 1984-10-24
Filing date: 1985-10-22
Publication date: 1986-04-24
Also published as: GB2166293B; US4700456A; GB2166293A; GB8426897D0; GB8526062D0

Description

Dr. rer. nzl Ttornaa Berendi

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Unser Zeichen: A 15 Lh/fi

Ferranti plc

Bridge House,Park Road

Gatley, Cheadle, Cheshire, England

Verfahren zur Herstellung von Halbleitern

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiter-Anordnungen sowie die nach diesem Verfahren hergestellten Halbleiter oder Halbleiterschaltungen. Sie betrifft insbesondere Halbleiterschaltungen oder Halbleiteranordnungen mit einem integrierten Schaltkreis mit wenigstens einem bipolaren Transistor, der elektrisch in dem Halbleiterkörper isoliert ist, welcher ein Substrat der einen Leitfähigkeit aufweist mit einer epitaxialen Schicht, wobei der Kollektor des bipolaren Transistors, der entgegengesetzte Leitfähigkeit hat, eine vergrabene, stark dotierte Schicht in einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaxialen Schicht hat, wobei ferner ein elektrischer Kontakt zu der vergrabenen Schicht über einen Kollektorkontaktbereich hergestellt ist, der sich wenigstens teilweise durch die epitaxiale Schicht von der Oberfläche der letzteren aus erstreckt, die entfernt vom Substrat liegt, wobei der bipolare Transistor ferner einen Emitter der entgegengesetzten Leitfähigkeit hat, sowie einen stark dotierten Basiskontaktbereich und einen stark dotierten Basisbereich, die beide diesen einen Leitfähigkeitstyp haben, wobei der letztgenannte stark dotierte Basisbereich in dem Halbleiterkörper den Emitter umgibt und benachbart zu diesem liegt, wobei diese Bereiche des bipolaren Transistors zusammen mit dem Kollektorkontaktbereich alle an die Oberfläche der epitaxialen Schicht entfernt vom Substrat angrenzen und gebildet sind durch Einführen von den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen, und zwar selektiv in diese Bereiche des Halbleiterkörpers von außerhalb und in die Oberfläche der epitaxialen Schicht entfernt vom Substrat.

Bei der Herstellung der Halbleiteranordnungen werden Teile des Halbleiterkörpers modifiziert durch Einführung von die Leitfähigkeit bestimmenden Verunreinigungen, die entweder von außen in den Halbleiterkörper oder von anderen Teilen des Halbleiterkörpers eingeführt werden in verschiedenen Verfahrensschritten. Eine solche Verunreinigung kann charakteristisch für denselben Leitfähigkeitstyp wie die epitaxiale Schicht sein, wodurch die

epitaxiale Schicht, in der diese Verunreinigung vorgesehen ist, selektiv stärker dotiert wird, als die unmodifizierten Teile der epitaxialen Schicht. Alternativ oder zusätzlich kann die eingegebene Verunreinigung charakteristisch für den entgegengesetzten Leitfähigkeit-styp sein, als demjenigen der epitaxialen Schicht. Gegebenenfalls werden Verunreinigungen, die charakteristisch für beide Leitfähigkeitstypen sind, in denselben Abschnitt oder Abschnitte der epitaxialen Schicht eingeführt, ggf. in aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten. Ausgewählte Abschnitte der epitaxialen Schicht können auf diese Weise die entgegengesetzte Leitfähigkeit erhalten, oder dieselbe Leitfähigkeit beibehalten, wie diejenigen der unmodifizierten Abschnitte der epitaxialen Schicht und sie können jeden gewünschten Widerstandswert oder Verunreinigungs-Gradient haben. In der Beschreibung und den Ansprüchen werden aus Gründen der Zweckmäßigkeit Abschnitte der Halbleiterkörper, die keine die Leitfähigkeit bestimmenden Verunreinigungen enthalten, die entweder von außerhalb oder von anderen Teilen des Körpers eingegeben werden, als unmodifizierte Abschnitte der Halbleiterkörper bezeichnet. Die Einführung von Verunreinigungen in ausgwählte Abschnitte der Halbleiterkörper wird als Modifiezierung dieser Abschnitte bezeichnet, obwohl die modifizierten Abschnitte der epitaxialen Schichten als Teile der epitaxialen Schichten betrachtet werden.

Zusätzlich zu den Verfahrensschritten, durch die Verunreinigungen in den Halbleiterkörper eingeführt werden, umfaßt das Herstellungsverfahren für die Halbleiterkörper fotolithografische Verfahrensschritte unter Verwendung von Foto-Masken. In jedem, oder wenigstens einigen dieser fotolithografischen Verfahrensschritten wird eine oder mehrere Öffnungen in einer Schicht aus einem Deckmaterial geätzt, die an der Oberfläche der epitaxialen Schicht, entfernt vom Substrat vorgesehen ist, wobei die Schicht aus dem Deckmaterial als Sperrschicht wirkt, um die Einführung von Verunreinigungen in die Oberfläche der epitaxialen Schicht, die entfernt vom Substrat liegt, von außerhalb des Halbleiterkörpers zu verhindern. Damit die Ausbeute bei der Herstellung der Halb-

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leiterkörper so hoch wie möglich ist, ist es u.a. erwünscht, daß die Anzahl der fotolithografischen Verfahrensschritte so klein wie möglich ist.

Bei der Herstellung eines geometrisch kleinen bipolaren Transistors ist es wesentlich, daß angrenzend an die Oberfläche der epitaxialen Schicht, die entgegengesetzt oder entfernt vom Substrat liegt, der Emitter, der Basiskontaktbereich und wenigstens der Teil des Kollektorkontaktbereichs, der an die Oberfläche angrenzt, in bezug zueinander genau angeordnet sind. Jeder dieser drei Bereiche des bipolaren Transistors ist gebildet durch das Einführen von den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigungen in die Oberfläche des Halbleiterkörpers, selektiv dort, wo der Bereich erforderlich ist, wobei andere Abschnitte der epitaxialen Schicht, die an die Oberfläche angrenzen, mit einer Schicht oder Schichten aus einem Deckmaterial oder Sperrmaterial beschichtet sind, das die gleichzeitige Einfuhr der Verunreinigungen in diese Bereiche verhindert. Die Lage der drei vorgenannten Bereich des bipolaren Transistors wird somit bestimmt durch entsprechende öffnungen in der Schicht oder Schichten des Deckmaterials, das an der Oberfläche der epitaxialen Schicht ausgebildet ist, wobei effektiv die Verunreinigungen nur durch diese Öffnungen in die epitaxiale Schicht eingeführt werden. Um zu gewährleisten, daß alle drei Bestandteile oder Bereiche des bipolaren Transistors in Bezug zueinander genau lokalisiert oder angeordnet sind, ist es erforderlich, daß die entsprechenden Öffnungen in der oder den Schichten des Deckmaterials genau in Bezug zueinander liegen oder ausgebildet sind.

Die Öffnungen in der oder den Deckschichten werden gebildet durch fotolithografische Techniken unter Verwendung einer oder mehrerer Fotomasken. Jede Maske kann genau hergestellt werden, und die Lage jeder Öffnung in dem Deckmaterial ist bestimmt durch die Lage der zugehörigen Maske relativ zur Oberfläche der epitaxialen Schicht in dem fotolithografischen Verfahrensschritt. Wenn jedoch eine Mehrzahl von fotolithografischen Verfahrensschritten nach-

einander erforderlich ist zur Herstellung der gewünschten öffnungen in der oder den Deckschichten mit einer entsprechenden Anzahl von Masken, ist es schwierig, die Masken nacheinander mit der gewünschten Genauigkeit in Bezug auf die Lage oder Lagen der vorhergehenden Masken relativ zur Oberfläche des Halbleiterkörpers anzuordnen, auch wenn große Sorgfalt angewendet wird.

Wenn daher beispielsweise zwei oder mehr Verunreinigungen nacheinander in den Halbleiterkörper durch Öffnungen im Deckmaterial eingebracht werden sollen, ist es erwünscht, einen oder mehr grobe fotolithografische Verfahrensschritte nach einem vorhergehenden fotolithografischen Verfahrensschritt anzuwenden, um die Verunreinigungen einzuführen. Die Bezeichnung "grober lithografischer Verfahrensschritt" wird benutzt in der Beschreibung und den Ansprüchen, um anzuzeigen, daß nicht die äußerst mögliche Sorgfalt in dem fotoliftografischen Verfahrensschritt angewendet werden zu braucht, um zu gewährleisten, daß die Fotomaske genau bezüglich der Maske oder Masken angeordnet ist, die in dem vorhergehenden Verfahrensschritt oder -schritten angewendet wurden, relativ zur Oberfläche des Halbleiterkörpers. Im Gegensatz hierzu wird die Bezeichnung "genauer fotolithografischer Verfahrensschritt" benutzt, um anzuzeigen, daß eine so große Sorgfalt wie in der Praxis möglich, in dem betreffenden Verfahrensschritt angewendet wird, um sicherzustellen, daß die Fotomaske genau bezüglich der Lage der in den vorhergehenden fotolithografischen Verfahrensschritten angewendeten Fotomasken relativ zur Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet ist. Nicht jeder der vorhergehenden fotolithografischen Verfahrensschritte in einer solchen FoIe braucht entweder als "grober oder genauer fotolithografischer Verfahrensschritt" betrachtet zu werden.

Bei der Herstellung von Halbleiterkörpers ist es bekannt, zur Vermeidung der sogenannten Schwierigkeiten, wenigstens einen fotolithografischen Verfahrensschritt anzuwenden, dem wenigstens ein grober fotolithografischer Verfahrensschritt folgt, in welch letzterem es nicht erforderlich ist, die Maske genau bezüglich der Lage der Masken anzuordnen, die in dem vorhergehenden Schritt oder Schritten verwendet wurden, und zwar relativ zur Oberfläche

des Halbleiterkörpers. Bei einem solchen Verfahren werden insbesondere die gewünschten öffnungen, die in der Deckschicht in einer Folge von Verfahrensschritten ausgebildet werden, in einer anfangs gewöhnlich kontinuierlichen Schicht aus einem ersten Deckmaterial auf der Oberfläche der epitaxialen Schicht in dem oder den vorhergehenden fotolithografischen Verfahrensschritten ausgebildet, danach wird gewöhnlich eine anfangs kontinuierliche Schicht aus einem zweiten, jedoch anderen Deckmaterial auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers über der mit den Öffnungen versehenen Schicht des ersten Deckmaterials ausgebildet, Die oder jede Öffnung, die anfangs in dem zusammengesetzten Deckmaterial erforderlich ist, wird dann hergestellt durch Anwendung des groben fotolithografischen Verfahrensschrittes, bei welchem in der Schicht aus dem zweiten Deckmaterial eine Öffnung ausgebildet wird, die größer ist als die erforderliche Öffnung in der zusammengesetzten Deckschicht und sie wird so ausgebildet, daß die gesamte erforderliche, genau angeordnete entsprechende Öffnung in der ersten Deckschicht freigelegt wird. Das Ätzmittel für die zweite Deckschicht, das in dem groben fotolithografischen Verfahrensschritt verwendet wird, soll nicht merklich das erste Deckmaterial ätzen. Da die Öffnung in der zweiten Deckschicht größer ist als die entsprechende, genau liegende Öffnung in der ersten Deckschicht, ist es nicht erforderlich, daß die in dem groben Verfahrensschritt verwendete Maske genau bezüglich der Lage der Maske oder Masken angeordnet ist, die in dem vorhergehenden genauen fotolithografischen Verfahrensschritt oder -schritten verwendet werden, relativ zur Oberfläche des Halbleiterkörpers. Danach wird dieser Verfahrensschritt vollendet, wobei die dann freigelegte Öffnung in der ersten Deckschicht benutzt wird. Danach werden beispielsweise die oder einige der anderen genau liegenden Öffnungen in der ersten Deckschicht freigelegt. Wenn alle Öffnungen in der ersten Deckschicht freiliegen, wird die Schicht auf dem zweiten Deckmaterial entfernt. Danach folgt ein weiterer Verfahrensschritt unter Verwendung der dann freiliegenden Öffnung oder Öffnungen in der Schicht des ersten Deckmittels bei der Herstellung des Halbleiterkörpers.

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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, neue und vorteilhafte Methoden zur Herstellung von Halbleitergeräten zu schaffen, von denen jedes einen bipolaren Transistor aufweist, der elektrisch isoliert in dem Halbleiterkörper ist, wobei der Halbleiterkörper ein Substrat der einen Leitfähigkeit mit einer epitaxialen Schicht aufweist, wobei der Kollektor des bipolaren Transistors entgegengesetzte Leitfähigkeit hat und eine vergrabene stark dotierte Schicht aufweist in einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaxialen Schicht, wobei insbesondere der elektrische Kontakt zu der vergrabenen Schicht über einen Kollektorkontaktbereich gebildet wird, der sich wenigstens teilweise durch die epitaxiale Schicht von der Oberfläche der epitaxialen Schicht aus erstreckt, die entfernt vom Substrat liegt, wobei der bipolare Transistor ferner einen Emitter der entgegengesetzten Leitfähigkeit hat, einen stark dotierten Basiskontaktbereich und einen stark dotierten ßasisbereich, die beide diese eine Leitfähigkeit haben und der letztgenannte stark dotierte Basisbereich in dem Halbleiterkörper den Emitter umgibt und benachbart zu ihm liegt, wobei ferner diese Bestandteile oder Bereiche des bipolaren Transistors zusammen mit dem Kollektorkontaktbereich alle an die Oberfläche der epitaxialen Schicht, die entfernt vom Substrat liegt, angrenzen und gebildet werden durch Einführen von die Leitfähigkeit bestimmenden Verunreinigungen die selektiv in diese Bereiche des Halbleiterkörpers eingebracht werden, um diese Bereiche zu modifizieren, und zwar von außerhalb des Halbleiterkörpers und in die Oberfläche der epitaxialen Schicht, entfernt von dem Substrat, wobei in einer Schicht aus einem Passivierungsmaterial öffnungen hergestellt werden für Elektroden zu den Kontaktbereichen und zum Emitter unter Anwendung von nur drei fotolithografischen Verfahrensschritten in einer Folge einschl. eines oder zwei groben fotolithografischen Verfahrenssehritten.

Nach der Erfindung ist bei einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem bipolaren Transistor, der elektrisch isoliert in einem Halbleiterkörper angeordnet ist, vorgesehen,

daß der Halbleiterkörper ein Substrat der einen Leitfähigkeit mit einer epitaxialen Schicht hat, wobei der Kollektor des bipolaren Transistors entgegengesetzte Leitfähigkeit hat und eine vergrabene stark dotierte Schicht an einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaxialen Schicht aufweist, wobei durch Modifizierung ausgewählter Abschnitte des Halbleiterkörpers ein stark dotierter Emitter, ein stark dotierter Basiskontaktbereich und ein stark dotierter Basisbereich gebildet werden, der in dem Halbleiterkörper den Emitter umgibt und benachbart zu diesem liegt, ferner ein Kollektorkontaktbereich, im Abstand von dem Basiskontaktbereich, wobei auf der Oberfläche der epitaxialen Schicht, die entfernt vom Substrat liegt, anfangs kontinuierliche Schichten aus einem ersten Deckmaterial und aus einem zweiten Deckmaterial ausgebildet werden, wobei jede dieser Schichten als Sperrschicht für den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigungen wirkt, und das zweite Deckmaterial durch ein Ätzmittel angegriffen wird, das relativ inaktiv mit dem Material der ersten Deckschicht ist, wobei das erste Deckmaterial Passivierungsmaterial für die fertige Halbleiteranordnung enthält, wobei drei Öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet werden, entweder in einem ersten oder einem zweiten fotolithografischen Verfahrens schritt, um selektiv wenigstens einen Teil von jedem der Abschnitte des Halbleiterkörpers freizulegen, für den Emitter und die beiden Kontaktbereiche, worauf vor jedem oder dem restlichen fotolithografischen Verfahrensschritt einer Folge von nur drei solchen Schritten auf der so mit Öffnungen versehenen ersten Deckschicht eine anfangs kontinuierliche Schicht aus dem zweiten Deckmaterial hergestellt wird, wobei in jedem oder dem restlichen fotolithografischen Verfahrensschritt dieser Folge, der einen groben fotolithografischen Verfahrensschritt enthält, selektiv Teile der zweiten Deckschicht entfernt werden, um selektiv zwei der drei öffnungen in der ersten Deckschicht freizulegen, wodurch wenigstens ein Teil des Halbleiterkörpers freigelegt wird, welcher der Emitter wird, zusammen

mit wenigstens einem Teil des Halbleiterkörpers, aus dem der Kollektorkontaktbereich gebildet wird durch den dritten fotolithografischen Verfahrensschritt, und wenigstens ein Teil des Halbleiterkörpers der Basiskontaktbereich wird, wenn ein restlicher grober zweiter fotolithografischer Verfahrensschritt in der Folge vorliegt, worauf Verunreinigungen, die den Leitfähigkeitstyp bestimmen, in den Halbleiterkörper eingeführt werden, die charakteristisch für die eine oder an dere Leitfähigkeit sind, und zwar durch wenigstens zwei der drei Öffnungen in der ersten Deckschicht, entsprechend nach dem zweiten und dritten fotolithografischen Verfahrensschritt, wodurch durch wenigstens teilweise Modifizierung die ausgewählten Abschnitte des Halbleiterkörpers fertiggestellt werden.

Vorzugsweise besteht der Halbleiterkörper aus Silicium, das erste Deckmaterial ist Siliciumoxid und das zweite Deckmaterial ist Siliciumnitrid.

Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Kollektorkontaktbereich gebildet, der sich durch die epitaxiale Schicht erstreckt in Kontakt mit der stark dotierten vergrabenen Schicht des Kollektors, und es sind unmodifizierte Bereiche der epitaxialen Schicht dieser einen Leitfähigkeit vorgesehen, wobei der Kollektorkontaktbereich ferner eine Trennschicht enthält, die zusammen mit der vergrabenen Schicht den bipolaren Transistor innerhalb des Halbleiterkörpers isoliert, wobei eine anfangs kontinuierliche Schicht aus einem ersten Deckmaterial vorgesehen ist und im ersten fotolithografischen Verfahrensschritt eine Öffnung in dieser gebildet wird, um selektiv wenigstens einen Teil des Halbleiterkörpers freizulegen, der den Kollektorkontaktbereich bilden soll, worauf eine die Leitfähigkeit bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für die entgegengesetzte Leitfähigkeit ist, in den Halbleiterkörper durch diese einzige Öffnung in

der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingeführt wird, daß dann eine weitere, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet wird, z.B. durch aufwachsenlassen des ersten Deckmaterials innerhalb dieser öffnung, oder durch abstreifen der ersten Schicht und Niederschlag einer anderen, verschiedenen Schicht im zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt, worauf die drei öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial gebildet werden und eine Verunreinigung, die charakteristisch für diesen einen Leitfähigkeitstyp ist, in den Halbleiterkörper durch die drei Öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingeführt wird, worauf die eine, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem zweiten Deckmaterial auf die so mit Öffnungen versehene Schicht aus dem ersten Deckmaterial aufgebracht wird, nach dem groben dritten fotolithografischen Verfahrenssehritt, in welchem Teile der Schicht aus dem zweiten Deckmaterial selektiv entfernt werden, worauf eine Verunreinigung, die charakteristisch für den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist, in den Halbleiterkörper durch die freigelegten beiden Öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingebracht wird.

Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Trennschicht aus einem dielektrischen Material vorgesehen, die sich durch die epitaxiale Schicht erstreckt, wobei die Trennschicht zusammen mit der stark dotierten vergrabenen Schicht des Kollektors den bipolaren Transistor in dem Halbleiterkörper isoliert, wobei eine einzige Schicht aus einem ersten Deckmaterial gebildet wird und in dem ersten fotolithografischen Verfahrensschritt die drei Öffnungen in der ersten Deckschicht ausgebildet werden, worauf eine erste, anfangs kontinuierliche Schicht aus einem zweiten Deckmaterial auf der mit Öffnungen versehenen ersten Deckschicht ausgebildet wird und in dem groben zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt Teile der ersten Schicht aus dem zweiten Deckmaterial entfernt

werden, um selektiv ein erstes Paar der drei öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial freizulegen, wobei wenigstens ein Teil des Körpers freigelegt wird, aus dem der Emitter gebildet wird und wenigstens ein Teil des Körpers, aus dem der Basiskontaktbereich gebildet wird, daß dann eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für diesen einen Leitfähigkeitstyp ist, in den Halbleiterkörper durch das freiliegende erste Paar von Öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingeführt wird, worauf die erste Schicht aus dem zweiten Deckmaterial entfernt wird und eine weitere, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem zweiten Deckmaterial auf der mit öffnungen versehenen Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet wird und in dem groben dritten fotolithografischen Verfahrensschritt Teile der weiteren Schicht aus dem zweiten Deckmaterial entfernt werden, um selektiv ein weiteres Paar der drei Fenster in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial freizulegen, wobei wenigstens ein Teil des Körpers freigelegt wird, aus welchem der Emitter gebildet wird und ein Teil, aus dem der Kollektorkontaktbereich gebildet wird, daß dann eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für die entgegengesetzte Leitfähigkeit ist, in den Halbleiterkörper durch das freiliegende weitere Paar der öffnungen oder Fenster in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingebracht wird.

Beim letztgenannten Verfahren können unmodifizierte Bereiche der epitaxialen Schicht dieser einen Leitfähigkeit vorgesehen werden, zusammen mit einem Kollektorkontaktbereich, der sich durch die epitaxiale Schicht erstreckt, um einen Kontakt zu bilden mit der stark dotierten vergrabenen Schicht des Kollektors. Alternativ können unmodifizierte Bereiche der epitaxialen Schicht mit der entgegengessetzten Leitfähigkeit vorgesehen werden, sowie ein stark dotierter Basiskontaktbereich, der an denjstark dotierten Basisbereich angrenzt, welcher in dem Halbleiterkörper und benachbart zu ihm den Emitter um-

gibt, zusammen mit einem Kollektorkontaktbereich, der sich entweder durch die epitaxiale Schicht erstreckt, um Kontakt zu bilden mit der stark dotierten gebrabenen Schicht des Kollektors, oder der sich nicht so weit in die epitaxiale Schicht erstreckt, wobei jedoch bei jeder Ausführungsform der Kollektorkontaktbereich zweckmäßigerweise sich weiter in die epitaxiale Schicht erstreckt als der Emitter.

Die Erfindung betrifft und umfaßt ferner eine Halbleiteranordnung, die nach dem bzw. den vorstehenden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, die Querschnitte durch Halbleiterkörper bzw. Halbleiteranordnungen zeigt, wobei der dargestellte Teil des Halbleiterkörpers mit einem bipolaren Transistor T und einem Widerstand R versehen ist.

Fig. 1 zeigt eine allgemeine Ausführungsform einer Halbleiteranordnung.

Fig. 2-7 zeigen jeweils eine Zwischenstufe bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung der allgemeinen Form nach Fig. 1.

Fig. 8-13 entsprechen den Fig. 2-7, zeigen jedoch ein alternatives Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einer der allgemeinen Form nach Fig. 1 ähnlichen Form.

Fig. 14-19 entsprechen den Fig. 8-13, zeigen jedoch eine Modifikation des Verfahrens nach den Fig. 8-13.

Die Halbleiteranordnung nach Fig. 1 umfaßt einen Siliciumhalbleiterkörper mit einem bipolaren Transistor T vom sogenannten Kollektor-Diffusions-Isolations-Aufbau (CDI-Aufb.au) , wobei der Halbleiterkörper 10 ein Substrat 11 mit

P Leitfähigkeit hat und eine epitaxiale Schicht 12, die anfangs vollständig vom P Leitfähigkeitstyp ist. An der Grenzfläche 13 zwischen dem Substrat 11 und der epitaxialen Schicht 12 sind im Abstand stark dotierte vergrabene Schichten 14 mit N+ Leitfähigkeit ausgebildet. Trennschichten 15 für die Schaltungselemente des Halbleitergerätes sind vorgesehen durch stark dotierte Bereiche mit N+ Leitfähigkeit, von denen sich jeder durch die epitaxiale Schicht 12 erstreckt, um individuell einen Kontakt mit der vergrabenen Schicht 14 mit N+ Leitfähigkeit zu schaffen. Bei einem bipolaren Transistor T bildet die vergrabene Schicht 14 mit N+ Leitfähigkeit einen Teil des Kollektors und die Trennschicht 15 mit N+ Leitfähigkeit enthält den tiefen Kollektorkontaktbereich. Der unmodifizierte Bereich der epitaxialen Schicht 12 mit P Leitfähigkeit, der von der Trennschicht 15 umgeben ist, enthält die Basis des Transistors. Der bipolare Transistor T ist in dem Halbleiterkörper 10 elektrisch isoliert durch die Kombination aus dem tiefen Kollektorkontaktbereich/Trennbereich 15 und der stark dotierten vergrabenen Schicht 14. An der Unterfläche 16 der epitaxialen Schicht, die entfernt vom Substrat liegt, und innerhalb der Trennschicht, ist ein stark dotierter flacher Basiskontaktbereich 17 mit P Leitfähigkeit und ein stark dotierter flacher Emitter 18 mit N Leitfähigkeit ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist der Teil 19 der Basis angrenzend an den Emitter 18 ebenfalls stark dotiert. Bei bekannten bipolaren CDI-Transistoren wird der Teil des tiefen Kollektorkontaktbereiches bzw. Trennbereiches angrenzend an die Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht, an dem eine Elektrode vorgesehen wird, gleichzeitig mit dem stark dotierten Emitter 18 ebenfalls stark dotiert. Ob nun diese zusätzliche Dotierung des Oberflächenbereiches 20 der Trennschicht 15 vorgesehen ist, oder nicht, so ist es doch erforderlich, daß die Oberflächenbereiche der

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Trennschicht bzw. der tiefen Kollektorkontaktschicht stark dotiert werden, wenn die Trennschicht durch Diffusion der Verunreinigung aus der Dampfphase in die Oberfläche 16 der epitaxailen Schicht gebildet wird, um den erforderlichen Ohm¹sehen Kontakt anbringen zu können.

Wie ebenfalls in Fig. 1 gezeigt, ist in dem Halbleiterkörper, integriert mit dem pipolaren Transistor T und in demselben Verfahrensschritt zusammen mit diesem ein Widerstand R ausgebildet , sowie ein Kontaktbereich 22 mit P+ Leitfähigkeit, so daß ein elektrischer Kontakt dadurch über den angrenzenden unmodifizierten Bereich der epitaxialen Schicht mit P Leitfähigkeit zum Substrat 11 mit P Leitfähigkeit hergestellt werden kann. Der Widerstand R kann zwei mögliche Formen haben, dargestellt sind zwei im Abstand angeordnete stark dotierte Oberflächenkontaktbereiche 23 mit P+ Leitfähigkeit, wobei der erforderliche Widerstand zwischen den beiden Kontaktbereichen 23 durch einen unmodifizierten Bereich mit P Leitfähigkeit der epitaxialen Schicht 12 gebildet wird. Nicht dargestellt ist eine Ausführungsform mit einem einzigen stark dotierten Oberflächenbereich mit P+ Leitfähigkeit, an den an zwei entfernteren Punkten durch Elektroden Kontakt gelegt wird, wobei der erforderliche Widerstand gebildet wird zwischen den beiden Elektroden durch den Oberflächenbereich mit P+ Leitfähigkeit. Bei jeder Ausführungsform für den Widerstand R ist dieser elektrisch isoliert gegen die übrigen Teile des Halbleiterkörpers durch eine vergrabene Schicht mit N+ Leitfähigkeit an der Grenzfläche 13 zwischen dem Substrat 11 und der epitaxialen Schicht 12 zusammen mit einer Trennschicht 15 mit N+ Leitfähigkeit, die sich durch die epitaxiale Schicht 12 erstreckt, um einen Kontakt mit der vergrabenen Schicht 14 mit N+ Leitfähigkeit zu bilden.

Wenn der Halbleiter nach Fig. 1 vollendet ist, ist eine Schicht aus einem dielektrischen Passivierungsmaterial (in Fig. 1 nicht gezeigt) auf der Oberfläche 16 der epi-

taxialen Schicht 12 angeordnet und es sind Elektroden vorgesehen für die Oberflächenbereiche 17, 18, 20, 22 und 23 durch Öffnungen hindurch in der Passivierungsschicht. Diese Elektroden sind in Fig. 1 allgemein durch Leitungen 24 gekennzeichnet und die Elektroden für Emitter, Basis und Kollektor des bipolaren Transistors 10 sind entsprechend bezeichnet mit ¹E', 'B' und ¹C.

Bei der Herstellung der Halbleiteranordnung nach Fig. 1 werden in bekannter Weise Verunreinigungen, die den Leitfähigkeitstyp bestimmen, von außerhalb des Halbleiterkörpers 10 in die Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht 12 eingebracht. Insbesondere werden die Trennschichten 15 mit N+ Leitfähigkeit so ausgebildet, danach wird die Verunreinigung für den Basiskontaktbereich 17 mit P+ Leitfähigkeit, den Basisbereich 19 und die Kontaktbereiche 22 und 23 eingebracht und schließlich die Verunreinigung für den N+ Emitter 18 und den Oberflächenteil 20 des Kollektorkontaktbereiches 15.

Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Halbleiteranordnung bildet eine allgemeine Form einer Halbleiteranordnung, auf die sich die Erfindung bezieht. Insbesondere umfaßt sie einen Halbleiterkörper 10 mit einem Substrat 11 der einen Leitfähigkeit und einer epitaxialen Schicht 12 auf dem Substrat. Sie hat ferner einen bipolaren Transistor T, der elektrisch isoliert in dem Halbleiterkörper ist. Der Kollektor des Transistors mit entgegengesetzter Leitfähigkeit hat eine vergrabene stark dotierte Schicht 14 an der Grenzfläche 13 zwischen dem Substrat 11 und der epitaxialen Schicht 12 und die Anordnung ist derart, daß ein elektrischer Kontakt zu der vergrabenen Schicht 14 gebildet wird über einen Kollektorkontaktbereich 15, der sich wenigstens teilweise durch die epitaxiale Schicht 12 von der Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht aus erstreckt. Der bipolare Transistor

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T umfaßt ferner einen Emitter 18 mit entgegengessetzter Leitfähigkeit, einen stark dotierten Basiskontaktbereich und einen stark dotierten Basisbereich 19, beide vom ersten oder einen Leitfähigkeitstyp, wobei der stark dotierte Basisbereich 19 in dem Halbleiterkörper den Emitter 18 umgibt und an diesen angrenzt, wobei ferner alle diese Bestandteile oder Bereich des bipolaren Transistors T zusammen mit dem Obeflächenabschnitt 20 des Kollektorkontaktbereiches 15 alle an die Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht 12 angrenzen und durch Einführen von die Leitfähigkeit bestimmenden Verunreinigungen selektiv in diese Bereiche des Halbleiterkörpers von außerhalb des letzteren und in die Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht gebildet werden. Für die Kontaktbereiche 15, 17 und den Emitter 18 sind Elektroden durch Fenster in einer Schicht aus einem Passivierungsmaterial (nicht gezeigt) auf der Oberfläche der epitaxialen Schicht vorgesehen.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Halbleiteranordnung dieser allgemeinen Form und insbesondere der Form nach Fig. 1 erfolgt die Einführung der Verunreinigungen selektiv in den Oberflächenabschnitt 20 des Kollektorkontaktbereiches 15, den Emitter 18, den Basiskontaktbereich 17 und den stark dotierten Basisbereich 19, der in dem Halbleiterkörper den Emitter 18 umgibt und an diesen angrenzt, und es werden öffnungen in einer Schicht aus einem Passivierungsmaterial gebildet für Elektroden zu den Kontaktbereichen 15 und 17 und zum Emitter durch Anwendung von nur drei fotolithografischen Verfahrensschritten in einer Folge, einschl. eines oder zwei groben fotolithografischen Verfahrensschritten.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung der allgemeinen Form nach Fig. 1 wird nun

anhand er Fig. 2-7 beschrieben, wobei Teile des Halbleiterkörpers, die identisch oder ähnlich den Teilen des Halbleiterkörpers nach Fig. 1 sind, mit denselben Bezugszeichen ver s ehen s ind.

In dem Verfahren nach der Erfindung werden die vergrabenen Schichten 14 mit N+ Leitfähigkeit und die tiefe Kollektorkontaktschicht bzw. Trennschicht 15,außer für den stark dotierten Oberflächenabschnitt 20 des Kollektorkontaktbereiches 15, zunächst in bekannter Weise hergestellt.

In der weiteren Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher nur auf die Herstellung des bipolaren Transistors T Bezug genommen, während die Herstellung anderer Bestandteile des Schaltkreises des Halbleiters gleichzeitig und durch Anwendung derselben Verfahrensschritte erhalten werden, wie das zur Herstellung des bipolaren Transistors T angewendete Verfahren.

Wie Fig. 2 zeigt, wird eine erste anfangs kontinuierliche Schicht 30' aus einem ersten Deckmaterial, welches auch Passivierungsmaterial enthält, wie z.B. Siliciumoxid, in irgendeiner bekannten Weise auf der im übrigen freien Obeflache 16 der epitaxialen Schicht 12, die entfernt vom Substrat 11 liegt, ausgebildet. Wie Fig. 3 zeigt, wird in dem bekannten ersten fotolithografischen Verfahrensschritt, der nicht als genau oder grob bezeichnet zu werden braucht, ein Fenster 33' in der ersten Deckschicht 30' ausgebildet, wodurch ein Teil des Bereiches des Halbleiterkörpers freigelegt wird, der später zum Kollektorkontaktbereich 15 wird. Die Teile der ersten Deckschicht 30', die auf der Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht 12 verbleiben, bilden eine wirksame Sperre gegen das Einführen von Verunreinigungen in diese Teile der epitaxialen Schicht, die hierdurch bedeckt sind, in folgenden Verfahrensschritten, bei denen Verunreinigungen eingeführt werden. Es wird dann eine

Donator-Verunreinigung, wie z.B. Phosphor, selektiv in den Teil des Halbleiterkörpers eingeführt, der durch das Fenster 33' in der ersten Deckschicht 30' freigelegt ist. Das Einführen der Verunreinigung erfolgt in bekannter Weise und es kann eine Diffusion aus der Dampfphase sein oder eine Ionenimplantation, wobei eine derartige Einführung von Phosphor allgemein durch Pfeile 34' in Fig. 3 angegeben ist. üblicherweise folgt auf jede Einführung von einer Verunreinigung ein Eintreibprozess, der beim Einführen der Verunreinigung durch Ionenimplantation auch ein Glühverfahren sein kann. Durch das Einführen von Phosphor und die nachfolgenden Verfahrensschritte wird der gewünschte Kollektorkontaktbereich 15 gebildet. Dieser Bereich 15 ist in Fig. 3 in fertiger Form dargestellt, d.h. er hat im wesentlichen die Form eines mit Phosphor dotierten Bereiches. In jedem Fall erstreckt sich der fertige N+ Kollektorkontaktbereich 15 durch die epitaxiale Schicht mit P Leitfähigkeit, um einen Kontakt zu der vergrabenen Schicht 14 des Kollektors mit N+ Leitfähigkeit zu bilden.

Wie Fig. 4 zeigt, wird dann eine anfangs kontinuierliche Schicht 30 aus einem ersten Deckmaterial in irgendeiner bekannten Weise auf der sonst freien Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht 12 ausgebildet. Beispielsweise läßt man als erstes Deckmaterial Siliciumoxid in der Öffnung 33' der Schicht 30' aufwachsen, entweder während des Einbringens der Verunreinigung, oder anderweitig, um die anfängliche Schicht 30' in die folgende Schicht 30 aus dem ersten Deckmaterial umzubilden. Alternativ kann die anfängliche Schicht 30' aus dem ersten Deckmaterial vom Halbleiterkörper entfernt werden und eine andere nachfolgende Schicht 30 aus dem ersten Deckmaterial in bekannter Weise ausgebildet werden.

Wie Fig. 5 zeigt, werden in einem zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt drei im Abstand liegende Fenster 31, 32 und 33 in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial 30 ausgebildet. Ein Fenster 31 legt teilweise den Bereich 17 der epitaxialen Schicht frei, dort wo der Basiskontaktbereich mit P+ Leitfähigkeit gewünscht ist. Ein anderes Fenster 32 legt teilweise den Bereich 18 der epitaxialen Schicht frei, wo der N+ Emitter ausgebildet werden soll, und das letzte Fenster 33 legt teilweise einen Oberflächenbereich der tiefen Kollektorkontaktschicht bzw. Trennschicht 15 frei, wo ein flacher Abschnitt 14 mit N+ Leitfähigkeit (in Fig. 7 gezeigt) gleichzeitig mit der Ausbildung des Emitters 18 ausgebildet werden soll. Da die drei Fenster 31, 32 und 33 in einem einzigen fotolithografischen Schritt ausgebildet werden, ist die Lage der Fenster relativ zueinander genau gegeben, wie es erwünscht ist für einen vorteilhaften geometrisch kleinen bipolaren Transistor T. Es ist erforderlich, daß die Abschnitte der ersten Deckschicht 30, die auf der Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht 12 verbleiben, eine effektive Sperre gegen die Einführung von Verunreinigungen in die von ihr bedeckten Teile der epitaxialen Schicht bei der nachfolgenden Einführung von Verunreinigungen bilden. Der fotolithografische Verfahrensschritt, der zu Herstellung der drei Fenster 31, 32 und 33 angewendet wurde, bildet den zweiten Schritt in der Folge der drei fotolithografischen Verfahrensschritte, und er braucht ebenfalls nicht als genauer oder grober Verfahrensschritt betrachtet zu werden nach dem ersten Verfahrensschritt, bei welchem die erste Verunreinigung in den tiefen Kollektorkontaktbereich bzw. den Trennbereich 15 eingeführt wurde.

Nach dem zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt und wie ebenfalls in Fig. 5 gezeigt, wird eine Akzeptorverunreinigung, wie z.B. Bor, selektiv in die Abschnitte

des Halbleiterkörpers 12 eingebracht, die durch die drei Fenster 31, 32 und 33 in der Lage aus dem ersten Deckmittel 30 freigelegt worden sind. Das Einbringen der Verunreinigung wird in bekannter Weise vorgenommen, z.B. mittels Diffusion aus der Dampfphase oder durch Ionenimplantation. Das Einbringen des Bors ist in Fig. 5 allgemein durch Pfeile 34 angedeutet. Üblicherweise folgt auf jede Einbringung einer Verunreinigung ein Eintreibprozess, der im Falle des Einbringens der Verunreinigung durch Ionenimplantation auch ein Glühverfahren sein kann. Insbesondere wird eine P+ Zone

35 innerhalb des Basiskontaktbereiches 17 und eine P+ Zone

36 unterhalb des Fensters 32 ausgebildet. Ferner, wie ebenfalls in Fig. 5 gezeigt, wird eine P- Zone 38 in den Oberflächenabschnitt des zuvor stark dotierten N+ Bereiches ausgebildet. Die Zone 38, anstatt umgewandelt in P Leitfähigkeit, wie gezeigt, kann N Leitfähigkeit behalten, es ist jedoch nicht von Bedeutung. Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß die Zone 30 vom stark dotierten N+Typ bleibt, welches Kriterium erforderlich ist, um einen Ohm'sehen Kontakt zu ihr zu schaffen.

Es ist darauf zu achten, daß der nachfolgend hergestellte P+ Basiskontaktbereich 17 und der P+ Basisbereich 19, der den Emitter 18 umgibt, nicht an den Kollektorkontaktbereich 15 mit N+ Leitfähigkeit angrenzen. Bei normalen Verfahrensschritten und unter der Voraussetzung, daß Kollektorbasis- und Emitter-Elektroden im Abstand voneinander liegen und die kleinsten erreichbaren seitlichen Abmessungen haben, ist es nicht schwierig, zu gewährleisten, daß der P+ Basiskontaktbereich 17 und der P+ Basisbereich 19, der den Emitter 18 umgibt, nicht an den N+ Kollektorkontaktbereich 15 anstoßen.

Wie Fig. 6 zeigt, wird die erste Deckschicht 30 dann durch eine anfangs kontinuierliche Schicht aus einem zweiten

Deckmaterial 40 überdeckt, die eine wirksame Sperre gegen das Einführen von Verunreinigungen in den Halbleiterkörper bildet, die jedoch durch ein Ätzmittel geätzt werden kann, welches das erste Deckschichtmaterial 30 nicht in merklicher Weise in dem nachfolgenden fotolithografischen Verfahrensschritt ätzt. Wenn z.B. das erste Deckmaterial 30 Siliciumoxid ist, so kann das zweite Deckmaterial 40 ein handelsüblich käufliches Fotodeckmaterial sein, z.B. Siliciumnitrid. Die zweite Deckschicht 40 wird in bekannter Weise aufgebracht.

Wie Fig. 7 zeigt, werden eine öffnung oder Öffnungen 42 in der zweiten Deckschicht 40 ausgebildet durch Anwendung eines groben fotolithografischen Verfahrensschrittes, der den letzten Verfahrensschritt in der Folge der drei Verfahrensschritte bildet, wobei die beiden Fenster 32 und der drei zuvor ausgebildeten Fenster in der ersten Verfahrensschicht 30 freigelegt werden. Insbesondere werden hierbei die Abschnitte des Halbleiterkörpers freigelegt, in denen der Emitter 18 und die stark dotierte Oberflächenschicht 44 des Kollektorkontaktbereiches 15 , die gleichzeitig mit dem Emitter gebildet wird, vorgesehen sind. Das oder jedes Fenster 42 in der zweiten Deckschicht 40, die in dem dritten groben fotolithografischen Verfahrensschritt ausgebildet worden sind, ist größer als die erforderliche Öffnung oder Fenster in der Verbundschicht 30, 40, und es ist so ausgebildet, daß das vollständige genau angeordnete entsprechende Fenster 32 oder 33 in der ersten Deckschicht 30 freiliegt. Die im dritten groben Verfahrensschritt verwendete Fotomaske braucht daher nicht genau bezüglich der Lage der anderen Masken ausgerichtet und angeordnet zu sein, die in dem vorhergehenden Verfahrensschritt verwendet wurden, bezogen auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers.

. oCt ·

Es ist ferner erforderlich, daß die Teile der zweiten Deckschicht 40, die auf der ersten Deckschicht 30 verbleiben und insbesondere diejenigen, die innerhalb des Fensters in der ersten Deckschicht 30 verbleiben, eine wirksame Sperre gegen das Einführen von Verunreinigungen in die Abschnitte der von ihr bedeckten epitaxialen Schicht in einem nachfolgenden Verfahrensschritt bilden.

Wie Fig. 7 ferner zeigt, wird eine Donator-Verunreinigung, wie z.B. Phosphor, selektiv in die Abschnitte der epitaxialen Schicht 12 eingebracht, die durch die beiden Fenster 32 und in der ersten Deckschicht 30 freigelegt sind, die ihrerseits durch die Fenster 42 in der zweiten Deckschicht 40 freigelegt sind. Die Verunreinigung kann in jeder bekannten Weise eingebracht werden, z.B. durch Diffusion aus der Dampfphase oder durch Ionenimplantation, wie allgemein durch Pfeile 45 in Fig. 7 angezeigt ist. Auf diese Weise wird der N+ Emitter 18 unter dem Fenster 32 in der ersten Deckschicht 30 ausgebildet und der N+ Oberflächenabschnitt 44 des tiefen Kollektorkontaktbereiches 15 ist unterhalb des Fensters 33 in der ersten Deckschicht 30 vorgesehen. Der Emitter 18 ist in dem Halbleiterkörper umgeben durch den P+ Bereich 19, der durch das vorherige Einbringen von Bor gebildet worden ist und durch das Wegdrängen (push-on) des Bors verursacht durch die nachfolgende Einführung von Phosphor durch das Fenster 32. Ein effektiver Ohm¹scher Kontakt kann zum Kollektorkontaktbereich 15 gemacht werden durch das Fenster 33 in der ersten Deckschicht 30 mittels des N+ Oberflächenbereiches 44 des tiefen Kollektorkontaktbereiches 15. Das zuvor in den tiefen Kollektorkontaktbereich 15 eingebrachte Bor ist in einem Bereich vorhanden, der durch die gestrichelte Linie 46 begrenzt ist, es verhindert aber nicht die Ausbildung des erforderlichen Kollektorkontaktes.

Die Halbleiterschaltung wird dann, was nicht dargestellt ist, fertiggestellt durch Entfernen des zweiten Deckmaterials 40 und das Anbringen der Elektroden (wie in Fig. gezeigt) in den Fenstern 31, 32 und 33 in der ersten Deckschicht 30, wobei das erste Deckmaterial auch ein Passivierungsmaterial enthält.

Gleichzeitig mit der Ausbildung des bipolaren Transistors T, wie oben beschrieben, werden die anderen Schaltungsbestandteile der Halbleiterschaltung fertiggestellt unter Anwendung derselben Verfahrenssehritte. Im dargestellten Teil der Halbleiterschaltung und insbesondere in Fig. und Fig. 7 wird der P+ Kontaktbereich 22, über den ein elektrischer Kontakt zum Substrat 11 bewirkt wird, und die beiden im Abstand liegenden P+ Widerstandskontaktbereiche 23 in derselben Weise ausgebildet wie der Basiskontaktbereich 17 des bipolaren Transistors T. Das Bor wird anfangs in Zonen 47 der epitaxialen Schicht 12 eingebracht durch Fenster 48 in der ersten Deckschicht 30, und gleichzeitig mit der Bildung der Zonen 35, 36 und 38 bei der Herstellung des bipolaren Transistors T, wie in Fig. 5 gezeigt, bildet das Bor in den Zonen 47 ggf. die erforderlichen P+ Kontaktbereiche 22 und 23, wie in Fig. gezeigt. Die Fenster 48 werden gleichzeitig mit den Fenstern 31, 32 und 33 ausgebildet. Die vergrabene Schicht 14 mit N+ Leitfähigkeit und die Trennschicht 15 des Widerstandes R werden in derselben Weise ausgebildet, wie die vergrabene Schicht 14 und der tiefe Kollektorkontaktbereich/Isolierbereich 15 des bipolaren Transistors T.

Varianten dieser Herstellungsmethode der Halbleiterschaltung sind möglich.

Bei dem bipolaren Transistor T kann vorgesehen werden, daß der P+ Basiskontaktbereich 17 angrenzt an den P+ Bereich 19,

der den Emitter 18 umgibt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt alle Schritte, um dieses Kriterium zu gewährleisten.

Der Emitter 18 kann zwischen dem Basiskontaktbereich 17 und dem Oberflächenabschnitt 44 des tiefen Kollektorkontaktbereiches 15 an der Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht ausgebildet sein.

Ein Verfahren nach der Erfindung kann für die Herstellung von Halbleiterschaltungen angewendet werden, die eine dielektrische Isolierung zwischen den Schaltungselementen haben und die den allgemeinen Aufbau nach Fig. 1 haben oder diesem ähnlich sind. Die Schaltungselemente der Schaltung sind elektrisch isoliert durch die dielektrischen Schichten 50 und die vergrabenen Schichten 14 mit N+ Leitfähigkeit. Wenn die Schaltungsbestandteile oder -Elemente teilweise mittels eines dielektrischen Materials isoliert gegeneinander sind, so sind der zweite und dritte Verfahrensschritt grobe fotolithografische Verfahrensschritte.

Ein solches Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer Halbleiterschaltung der allgemeinen Form nach Fig. 1, jedoch mit dielektrischer Isolierung zwischen den Schaltungs· elementen ist in den Fig. 8-13 dargestellt.

Der Teil der Halbleiterschaltung nach Fig. 8-13 hat einen bipolaren Transistor T', einen Widerstand R und eine elektrische Verbindung zum Substrat des Halbleiterkörpers, wie bei dem Halbleiter nach den Fig. 2-7.

Teile der Halbleiterschaltung nach den Fig. 8-13, die identisch oder ähnlich den Teilen der Schaltung nach den Fig. 2-7 sind, haben dieselben Bezugszeichen.

Wie Fig. 8 zeigt, hat der Halbleiterkörper 10 ein P Substrat 11 und eine P epitaxiale Schicht 12 auf dem Substrat. An der Grenzfläche 13 zwischen dem Substrat 11 und der epitaxialen Schicht 12 sind im Abstand voneinander stark dotierte vergrabene Schichten 14 mit N+ Leitfähigkeit vorgesehen, die in bekannter Weise hergestellt werden.

Die dielektrischen Trennschichten 50 für die Schaltungselemente werden ausgebildet durch ätzen von Nuten 51, teilweise durch die epitaxiale Schicht 12 in bekannter Weise, beispielsweise durch Verwendung eines Plasma-Ionen-Stzverfahrens. Die Nuten 51 erstrecken sich auf die Grenzen der vergrabenen N+ Schichten 14 zu, haben aber keinen Kontakt mit den vergrabenen Schichten. Dann wird in bekannter Weise das Silicium des Halbleiterkörpers zwischen dem Boden der Nuten und der Grenzfläche 13 zwischen dem Substrat 11 und der epitaxialen Schicht 12 slektiv oxidiert. Das so gebildete Siliciumoxid-Dielektrikum füllt die Nuten 51 aus und bildet die erforderlichen Trennschichten 50, welche die vergrabenen Schichten 14 berühren.

Bei der nachfolgenden weiteren Beschreibung der Erfindung wird nur auf die Herstellung des bipolaren Transistors T¹ Bezug genommen.

Nach der Ausbildung der dielektrischen Trennschichten wird, wie ebenfalls in Fig. 8 gezeigt ist, eine einzige, anfangs kontinuierliche Schicht aus einem ersten Deckmaterial 30, die auch Passivierungsmaterial enthält, auf der im übrigen freien Oberfläche 16 der epitaxialen Schicht 12, die entfernt vom Substrat 11 liegt, in irgendeiner bekannten Weise ausgebildet. Wie Fig. 9 zeigt, werden in einem fotolithografischen Verfahrensschritt, der den

ersten Schritt in der Folge der drei Schritte bildet, erfindungsgemäß drei im Abstand liegende Fenster 31, 32 und 33 in der ersten Deckschicht 30 hergestellt. Wie Fig. 13 zeigt, legt das eine Fenster 31 teilweise den Bereich der epitaxialen Schicht frei, wo der P+ Basiskontaktbereich entstehen soll, das andere Fenster 32 legt teilweise den Bereich 18 der epitaxialen Schicht frei, wo der N+ Emitter entstehen soll und das restliche Fenster 13 legt teilweise den Bereich 52 der epitaxialen Schicht frei, wo der Kollektorkontaktbereich mit N+ Leitfähigkeit ausgebildet werden soll. Die Lagen der Fenster 31, 32 und 33 sind genau bestimmt bezüglich zueinander, der erste fotolithografische Verfahrensschritt braucht aber nicht als entweder ein grober oder ein genauer Verfahrensschritt betrachtet zu werden. Es ist erforderlich, daß die Teile der ersten Deckschicht 30, die auf der epitaxialen Schicht 12 verbleiben, eine wirksame Sperre gegen das Einführen von Verunreinigungen in die mit dieser Schicht bedeckten epitaxialen Schicht in folgenden Verfahrensschritten bilden.

Wie Fig. 10 zeigt, wird die mit Öffnungen versehene erste Deckschicht 30 mit einer ersten, anfangs kontinuierlichen Schicht aus einem zweiten Deckmaterial 40 beschichtet, das eine wirksame Sperre gegen das Einführen von Verunreinigungen in den Halbleiterkörper ist, das jedoch durch ein Ätzmittel weggeätzt werden kann, welches nicht in merklichem Umfang gleichzeitig in einem nachfolgenden fotolithografischen Verfahrensschritt das erste Deckmaterial 30 ätzt. Wie Fig. 11 zeigt, wird dann wenigstens ein Fenster 42 in der zweiten Deckschicht 40 ausgebildet durch Anwenden eines bekannten groben fotolithografischen VerfahrensSchrittes, welcher den zweiten Schritt in der Folge der drei Verfahrensschritte darstellt, wodurch selektiv die beiden Fenster

32 der zuvor in der ersten Deckschicht 30 ausgebildeten Fenster freigelegt werden. Insbesondere werden dadurch entsprechend die Teile der epitaxialen Schicht freigelegt, in denen der stark dotierte P+ Basiskontaktbereich 17 und der N+ Emitter 18 ausgebildet werden. Das Fenster 42 in der zweiten Deckschicht 40 ist größer als es erforderlich wäre, um nur die Fenster 31 und 32 in der ersten Deckschicht 30 freizulegen. Die in dem zweiten groben Verfahrensschritt verwendete Fotomaske braucht daher nicht genau ausgerichtet oder angeordnet zu sein in bezug auf die Lage der Maske, die im ersten Verfahrensschritt verwendet wurde, relativ zur Oberfläche 16 des Halbleiterkörpers.

Nach dem zweiten Verfahrensschritt, wie ebenfalls in Fig. gezeigt, wird eine Akzeptor-Verunreinigung, wie z.B. Bor, selektiv in die Teile der epitaxialen Schicht 12 eingebracht, die durch die beiden Fenster 31 und 32 in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial 30 und durch das Fenster 42 in der Schicht aus dem zweiten Deckmaterial 40 freigelegt worden sind. Das Einbringen des Bors ist durch die Pfeile 34 angedeutet. Es werden eine P+ Zone 35 innerhalb des Basiskontaktbereiches 17 und eine P+ Zone 36 innerhalb des N+ Emitters 18 ausgebildet.

Die erste Schicht aus dem zweiten Deckmaterial 40 wird dann entfernt und ersetzt, wie Fig. 12 zeigt, durch eine weitere, anfangs kontinuierliche Schicht 40' aus demselben zweiten Deckmaterial, wie bei der Schicht 40. Wie Fig. 13 zeigt, wird dann wenigstens ein Fenster 42' in der weiteren Schicht 40' ausgebildet durch Anwenden eines groben fotolithografischen Verfahrensschrittes, der den letzten Verfahrensschritt in der Folge der drei Verfahrensschritte bildet, um selektiv die beiden Fenster 32 und 33 der zuvor in der ersten Deckschicht 30 ausgebildeten Fenster freizulegen. Insbesondere werden

dadurch entsprechend die Abschnitte der epitaxialen Schicht freigelegt, in denen der N+ Emitter 18 und der N+ Kollektorkontaktbereich 52 vorgesehen sind.

Das Fenster 42' in der weiteren zweiten Deckschicht 40' ist größer als erforderlich, um nur die Fenster 32 und in der ersten Deckschicht 30 freizulegen. Die im dritten groben Verfahrensschritt verwendete Fotomaske braucht daher nicht genau angeordnet zu werden in bezug auf die Lage der Masken, die im vorhergehenden Verfahrensschritt verwendet wurden, relativ zu Oberfläche 16 des Halbleiterkörpers .

Nach dem dritten fotolithografischen Verfahrensschritt, wie ebenfalls in Fig. 13 gezeigt ist, wird eine Donator-Verunreinigung, wie z.B. Phosphor, selektiv in die Teile der epitaxialen Schicht eingeführt, die durch die beiden Öffnungen 32 und 33 in der ersten Deckschicht 30 und die Öffnung 42' in der zweiten Deckschicht 40 freigelegt worden sind. Das Eindringen des Phosphors ist durch die Pfeile angedeutet. Auf diese Weise wird der N+ Emitter 18 unterhalb der öffnung 32 im ersten Deckmaterial 30 gebildet. Der Emitter ist umgeben innerhalb des Halbleiterkörpers durch den P+ Bereich 19, der durch das vorherige Eindringen von Bor gebildet wurde und durch Weiterschieben des Bors, veranlaßt durch das nachfolgende Einbringen des Phosphors durch das Fenster 32. Durch das Einbringen des Phosphors durch die Öffnung 33 in der ersten Deckschicht wird auch der Kollektorkontaktbereich 52 ausgebildet. Da das durch die Öffnung 33 eingeführte Phosphor nicht in eine stark dotierte P+ Zone eingebracht wird, wie das Phosphor, das durch die öffnung 32 eingebracht wird, erstreckt sich dieses Phosphor weiter in die epitaxiale Schicht 12 hinein, als das Phosphor, welches durch die

Öffnung 32 eingebracht wurde. Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es damit, daß das Phosphor, welches durch die Öffnung 33 eingebracht worden ist, die vergrabene N+ Schicht 14 erreicht, welche den tiefen Kollektorkontaktbereich 52 mit N+ Leitfähigkeit bildet. Dieser tiefe Kollektorkontaktbereich 52 wird somit gleichzeitig mit dem flachen Emitter 18 ausgebildet.

Danach wird, was nicht dargestellt ist, die Halbleiterschaltung fertiggestellt durch Entfernen der weiteren Deckschicht 40' und das Anbringen von Elektroden (wie in Fig. 1 gezeigt) in den Fenstern 31, 32 und 33 der ersten Deckschicht 30, die auch Passivierungsmaterial enthält.

Gleichzeitig mit der Herstellung des bipolaren Transistors T¹, wie oben beschrieben, werden die anderen Schaltungselemente der Halbleiteranordnung fertiggestellt durch Anwendung derselben Verfahrensschritte. Im dargestellten Teil der Anordnung werden der P+ Kontaktbereich 22, über den der elektrische Kontakt zum Substrat 11 erfolgt, und die beiden im Abstand liegenden P+ Widerstandskontaktbereiche 23 in derselben Weise ausgebildet, wie der Basiskontaktbereich 17 des bipolaren Transistors T' und im übrigen, wie oben beschrieben, in Verbindung mit der Halbleiteranordnung nach den Fig. 2-7.

Eine Modifikation des Verfahrens nach den Fig. 8-13 ist in den Fig. 14-19 dargestellt. Teile der Halbleiteranordnung nach den Fig. 14-19, die identisch oder ähnlich denjenigen nach der Anordnung der Fig. 8-13 sind, haben dieselben ßezugszeichen.

Wie Fig. 14 zeigt, umfaßt der Halbleiterkörper 10' ein

• is-

Substrat 11 mit P Leitfähigkeit und eine epitaxiale Schicht 12' mit N Leitfähigkeit. An der Grenzfläche 13 zwischen dem Substrat 11 und der epitäxialen Schicht 12' sind vergrabene Schichten 14 mit N+ Leitfähigkeit angeordnet. Die Schaltungselemente der Anordnung sind elektrisch isoliert durch die dielektrischen Trennschichten 50 und die vergrabenen Schichten 14.

Das Verfahren läuft dann ab, wie anhand der Fig. 8-1.3 beschrieben, außer daß j wie in Fig. 19 gezeigt, der stark dotierte P+ Basiskontaktbereich 17' für den bipolaren Transistor T" angrenzend an den stark dotierten P+ Basis bereich 19' ausgebildet wird, welcher den Emitter umgibt. Ferner, da der N+ Kollektorkontaktbereich 52' ausgebildet wird durch Modifikation von Teilen der epitäxialen Schicht 12' mit N Leitfähigkeit, ist es einfacher, den Kontaktbereich 52' tiefer in die epitaxiale Schicht 12' sich erstrecken zu lassen, als den Emitter 18, verglichen mit dem Verfahren nach den Fig. 8-13. In diesem Fall ist es jedoch nicht wesentlich, daß der N+ Kollektorkontaktbereich 52' an die vergrabene N+ Schicht 14 angrenzt.

Wie ferner Fig. 19 zeigt, die Fig. 13 entspricht, ist der stark dotierte Kontaktbereich 22 nicht vorgesehen, über den der elektrische Kontakt zum Substrat 11 hergestellt wird. Der Widerstand R¹ erfordert N+ Kontaktbereiche 23' anstelle der P+ Kontaktbereiche nach Fig. 13. Demzufolge werden die Widerstandkontaktbereiche 23' gleichzeitig mit dem Kollektorkontaktbereich 52' ausgebildet. Die Fenster in der Schicht 30 des ersten Deckmaterials werden nach dem zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt nicht freigelegt. Statt dessen werden die Fenster 48 nach dem dritten Verfahrensschritt freigelegt, mittels einer Öffnung 42", die in der Schicht 40' des zweiten Deckmaterials durch den

BAD ORIGINAL

- 3Θ- -

dritten fotolithografischen Verfahrensschritt ausgebildet wird. Wie Fig. 19 zeigt, können sich die Widerstandskontaktbereiche 23' weiter in die epitaxiale Schicht 12' mit N Leitfähigkeit hineinerstrecken als die Widerstandskontaktbereiche 23 der Schaltung nach Fig. 13, um zu erreichen, daß der Kollektorkontaktbereich 52' der Anordnung nach Fig. 19, der mit den Widerstandskontaktbereichen 23' gebildet worden ist, sich so weit wie zweckmäßigerweise erreichbar in die epitaxiale Schicht 12' hineinerstreckt. Eine solche Ausdehnung der Widerstandskontaktbereiche 23' in die epitaxiale Schicht 12' ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Claims

-Fexranti "pic Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung mit einem bipolaren Transistor, der elektrisch innerhalb eines Halbleiterkörpers isoliert ist, welcher ein Substrat der einen Leitfähigkeit aufweist mit einer epitaxialen Schicht, wobei der Kollektor des Transistors, der entgegengesetzte Leitfähigkeit hat, eine vergrabene stark dotierte Schicht in einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaxialen Schicht aufweist, wobei ferner durch Modifizieren ausgewählter Abschnitte des Halbleiterkörpers ein stark dotierter Emitter, ein stark dotierter Basiskontaktbereich und ein stark dotierter Basisbereich ausgebildet werden, welcher innerhalb des Halbleiterkörpers den Emitter umgibt und an diesen angrenzt, ferner mit einem Kollektorkontaktbereich im Abstand von dem Besiskontaktbereich, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der epitaxialen Schicht entfernt vom Substrat anfangs kontinuierliche Schichten aus einem ersten Deckmaterial und einem zweiten Deckmaterial ausgebildet werden, von denen jede als Sperre für den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigungen wirkt, daß das erste Deckmaterial relativ inaktiv mit einem Ätzmittel für das zweite Deckmaterial ist, daß das erste Deckmaterial Passivierungsmaterial für die fertige Halbleiteranordnung enthält, daß in dem ersten oder dem zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt, der aus drei solchen Schritten bestehenden Folge, drei Fenster in einer Schicht des ersten Deckmaterials gebildet werden, um selektiv wenigstens einen Teil des Emitters und der beiden Kontaktbereich freizulegen, daß dann vor jedem oder dem restlichen fotolithografischen Verfahrensschritt auf der so mit Öffnungen versehenen Schicht des ersten

ORIGINAL INSPECTED

Deckmaterials eine anfangs kontinuierliche Schicht aus einem zweiten Deckmaterial ausgebildet wird, daß jeder oder der restliche fotolithografische Verfahrensschritt ein grober fotolithografischer Verfahrensschritt ist und selektiv Teile der Schicht aus dem zweiten Deckmaterial entfernt werden, um selektiv zwei der drei Fenster in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial freizulegen, wodurch wenigstens ein Teil des Körpers freigelegt wird, aus dem der Emitter gebildet wird, zusammen mit wenigstens einem Teil des Körpers, aus dem der Kollektorkontaktbereich durch den dritten fotolithografischen Verfahrensschritt gebildet wird, sowie wenigstens ein Teil des Körpers, aus dem der ßasiskontaktbereich gebildet wird, wenn der übrige zweite fotolithografische Verfahrensschritt ein grober Verfahrensschritt ist, und daß eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für diese eine Leitfähigkeit und diese andere Leitfähigkeit ist, in den Halbleiterkörper eingebracht wird durch wenigstens zwei der drei Fenster in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial, entsprechend nach dem zweiten und dem dritten fotolithografischen Verfahrensschritt, wodurch durch wenigstens teilweise Modifizierung ausgewählte Abschnitte des Halbleiterkörpers fertiggestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silicium besteht, daß das erste Deckmaterial Siliciumoxid und das zweite Deckmaterial Siliciumnitrid ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollektorkontaktbereich gebildet wird, der sich durch die epitaxiale Schicht erstreckt in Kontakt mit

der stark dotierten vergrabenen Schicht des Kollektors, daß unmodifizierte Abschnitte der epitaxialen Schicht dieses einen Leitfähigkeitstyps vorgesehen sind, daß der Kollektorkontaktbereich ferner eine Trennschicht aufweist, die zusammen mit der vergrabenen Schicht den bipolaren Transistor innerhalb des Halbleiterkörpers isoliert, daß ferner eine erste, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet und in dem ersten fotolithografischen Verfahrensschritt ein Fenster in dieser ausgebildet wird, um selektiv wenigstens einen Teil des Körpers freizulegen, der den Kollektorkontaktbereich bilden wird, daß eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für die entgegengesetzte Leitfähigkeit ist, in den Halbleiterkörper durch diese eine Öffnung in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingebracht wird, daß dann eine weitere, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet wird und in dem zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt die drei Fenster in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet werden, daß eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für diese eine Leitfähigkeit ist, in den Halbleiterkörper durch die drei Öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingebracht wird, daß dann die eine, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem zweiten Deckmaterial auf der so mit Fenstern versehenen Schicht des ersten Deckmaterials ausgebildet wird, und daß nach dem groben dritten fotolithografischen Verfahrensschritt, in welchem Teile der Schicht des zweiten Deckmaterials selektiv entfernt werden, eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für die entgegengesetzte Leitfähigkeit ist, in den Halbleiterkörper durch die freiliegenden zwei Öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

■I-

daß eine Isolierschicht aus einem dielektrischen Material gebildet wird, die sich durch die epitaxiale Schicht erstreckt, daß die Isolierschicht zusammen mit der stark dotierten vergrabenen Schicht des Kollektors den bipolaren Transistor innerhalb des Halbleiterkörpers isoliert, daß eine einzige Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet wird und in dem ersten fotolithografischen Verfahrensschritt die drei Öffnungen in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial ausgebildet werden, daß dann eine, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem zweiten Deckmaterial auf der so mit öffnungen versehenen Schicht aus dem ersten Deckmaterial aufgebracht wird, und daß in dem groben zweiten fotolithografischen Verfahrensschritt Teile der ersten Schicht aus dem zweiten Deckmaterial entfernt werden, um selektiv ein erstes Paar der drei Fenster in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial freizulegen, wodurch wenigstens ein Teil des Körpers freigelegt wird, aus dem der Emitter wird, und wenigstens ein Teil des Körpers, aus dem der Basiskontaktbereich wird, daß dann eine den Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für den einen Leitfähigkeitstyp ist, in den Halbleiterkörper durch das freigelegte erste Fensterpaar in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingebracht wird, daß die erste Schicht aus dem zweiten Deckmaterial entfernt wird und eine weitere, anfangs kontinuierliche Schicht aus dem zweiten Deckmaterial auf der mit öffnungen versehenen Schicht des ersten Deckmaterials ausgebildet wird, daß dann in dem groben dritten fotolithografischen Verfahrensschritt Teile der weiteren Schicht des zweiten Deckmaterials entfernt werden, um selektiv ein weiteres Paar der drei Fenster oder öffnungen in der Schicht des ersten Deckmaterials freizulegen, wodurch wenigstens ein Teil des Körpers, der den Emitter bilden soll und wenigstens ein Teil des Körpers, der den Kollektorkontaktbereich bilden soll, freigelegt werden, worauf eine den

Leitfähigkeitstyp bestimmende Verunreinigung, die charakteristisch für diesen entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist, in den Halbleiterkörper durch das freigelegte weitere Fensterpaar in der Schicht aus dem ersten Deckmaterial eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unmodifizierte Bereiche der epitaxialen Schicht mit diesem einen Leitfähigkeitstyp vorgesehen sind, sowie ein Kollektorkontaktbereich, der sich durch die epitaxiale Schicht erstreckt, um einen Kontakt mit der stark dotierten vergrabenen Schicht des Kollektors zu bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unmodifizierte Bereiche der epitaxialen Schicht dieses entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps vorgesehen sind, sowie ein stark dotierter Basiskontaktbereich angrenzend an den stark dotierten Basisbereich, der innerhalb des Halbleiterkörpers den Emitter umgibt und an diesen angrenzt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper wenigstens ein weiteres Schaltungselement enthält, das gleichzeitig mit und durch denselben Verfahrensschritt, wie der bipolare Transistor gebildet wird.

8. Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem der Verfahren der Ansprüche 1-7 hergestellt ist.