DE1287009C2 - Verfahren zur herstellung von halbleiterkoerpern - Google Patents

Description

schiedenen Leitfähigkeitstyps aufweisen, bei dem Schließlich ist ein Verfahren zum Ätzen eines die Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer 10 Halbleiters, insbesondere einer Germanium- oder selektiv entfernbaren Oxydschicht beschichtet Siliziumscheibe für Dioden- oder Kristallverstärkerund bei dem der Halbleiterkörper zur Eindiffusion zwecke bekannt, bei dem die Oberfläche des HaIbdes Dampfes eines Aktivators mit dem Aktivator letters zunächst mit einem dünnen Überzug eines behandelt wird, dadurch gekennzeich- gegen Ätzmittel beständigen Werkstoffes wie Wachs, net, daß vor dem Anbiringen der Oxydschicht 15 Paraffin oder Lack überzogen wird. Die zu ätzenden auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers ein die Stellen der Halbleiteroberfläche werden dabei von Leitfähigkeit nach Größe oder Typ ändernder dem Überzug frei gelassen, um sie anschließend Aktivator eindiffundiert wird, die Oxydschicht auf chemisch oder elektrochemisch zu ätzen. Das auffotochemischem Wege teilweise mit einer ge- zubringende Strichgitter kann auf foiocb.emischem nauen ätzbeständigen Maske versehen wird, die 20 Wege hergestellt werden, indem ein lichtempfindnicht maskierten Teile der Oxydschicht wegge- licher Überzug aufgebracht wird, auf dem die zu ätzt werden und an dies.e Wegätzung die Weg- ätzenden bzw. nicht zu ätzenden Stellen belichtet ätzung der Diffusionsschicht von den nicht mas- werden, worauf dann die die zu ätzenden Stellen abkierten Oberflächenteilen angeschlossen wird. deckenden Teile des Überzugs chemisch oder elektro-

25 chemisch entfernt werden. Dieses bekannte Verfahren liegt auf einem anderen technischen Gebiet, nämlich der Herstellung eines geätzten Halbleiter-

körpers, der keine Bereiche unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps auf einer Oberflächenseite besitzt.
30 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- _{das d}i_e Herstellung von Übergängen zwischen Zonen lung von Halbleiterkörpern, ins! jsondere aus Ein- unterschiedlichen Leitfähigkeitstyps an der Oberkristallen von Silizium, di:· wenigstens auf einer _{fläche einer} Halbleiteranordnung mit großer Präzi-Oberflächenseite Bereiche verschiedener Leitfähigkeit _{35 sion} ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsge- oder verschiedenen Leitfähigkeitstyps aufweisen, bei _mäß dadurch gelöst, daß vor dem Anbringen der dem die Oberfläche des Halbleiterkörpers mit einer Oxydschicht auf der Oberfläche des Halbleiterselektiv entfernbaren Oxydsichicht beschichtet und körpers ein die Leitfähigkeit nach Größe oder Typ bei dem der Halbleiterkörper zur Eindiffusion des ändernder Aktivator eindiffund;>rt wird, die Oxyd-Dampfes eines Aktivators mit dem Aktivator behan- _{40 sc}hj_cht auf fotochemischem Wege teilweise mit einer delt wird. genauen ätzbeständigen Maske versehen wird, die Bei der Herstellung von Halbleiterkörpern tritt die nicht maskierten Teile der Oxydschicht weggeätzt Aufgabe auf, zur Erzielung von Bereichen verschie- werden und an diese Wegätzung die Wegätzung der dener Leitfähigkeit auf einer Oberflächenseite den Diffusionsschicht von den nicht maskierten Ober-Leitfähigkeitstyp bestimmter Oberflächenteile umzu- ₄₅ flächenteilen angeschlossen wird. Darauf kann das wandeln, während andere Teile in dieser Oberfläche Lösen der Maskenschicht und der maskierten Teile ihren ursprünglichen Leitfähigkeitstyp behalten. Bei der Oxydschicht erfolgen.

einem bekannten Verfahren wird ein Halbleiter- Bei diesem Verfahren wird eine Halbleiterscheibe körper mit einem Oxydüberzug versehen, um das zunächst einem Diffusionsprozeß unterworfen, bei Eindringen von Fremdstoffen während der nach- _5o dem ein Aktivator in den Halbleiter eindringt und folgenden Behandlung zu steuern. Der Oberflächen- innerhalb der Scheibe einen PN-Übergang erzeugt, oxydfilm wird auf ausgewählten Teilen des Halb- Der erste Verfahrensschritt besteht also darin, die leiterkörpers als Maske angebracht, um die Diffusion ₂esamte Halbleiterscheibe von einer Seite her einem des Aktivators auf bestimmt Teile der Oberfläche gleichmäßigen Diffusionsprozeß zu unterwerfen, so zu beschränken. Es wird also vor Durchführung des 55 daß sich im Innern der Scheibe ein PN-Übergang aus-Diffusionsprozesses des Aktivators ein Oberflächen- bildet. Auf das so vorbereitete Material wird eine oxydfilm erzeugt, der in Form einer Maske be- Oxydschicht aufgebracht, die das Eindiffundieren stimmte Stellen der Oberfläche frei läßt. von Verunreinigungen verhindert. Die Oxydschicht Es ist ebenfalls bekannt, zur Bildung der Maske wird mit einer Schicht aus fötoempfindlichem Mateauf dem Halbleitermaterial einen Phosphorsilikat- 60 rial abgedeckt, die zugleich gegen das später zu verglasfilm zu erzeugen, aus dem heraus Phosphor in wendende Ätzmittel beständig ist. Die Oxydschicht den Halbleiterkörper hineindiffundiert, so daß sich verhindert das Eindringen von Verunreinigungen aus unterhalb des Phosphorsilikatglasfilms eine dünne der Maskierschicht in die Halbleiterschicht. Durch phosphordiffundierte Zone ausbildet. Dieser Glas- selektive Belichtungen und anschließende Entwickfilm und die darunterliegende diffundierte Zone 65 lung werden diejenigen Teile des Maskiermaterials werden an bestimmten Teilen des Körpers entfernt, entfernt, an denen nachfolgend der Ätzvorgang einum anschließend in die freigelegten Stellen Bor ein- setzen soll. Die Maskierung wird also nicht von der diffundieren zu lassen. Die Phosphorsilikatglasschicht Oxydschicht gebildet, die ja auch gegen das verwen-

dßte Ätzmittel nicht beständig ist, sondern von dem fotografischen Abdeckmaterial.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren, die teils perspektivisch, teils im Schnitt die Behandlung und Entwicklung eines Siliziumplättchens, das dem erfindungsgem'äßen Verfahren unterworfen wird, zeigen.

Fig. IA und IB zeigen ein Siliziumplättchen, das einer Bordiffusion unterzogen wird, in perspektivischer Darstellung und im Schnitt;

F i g. 2 A und 2 B zeigen das gleiche Plättchen nach Beendigung des Diffusionsvorganges;

F i g. 3 A und 3 B zeigen das Plättchen nach Aufbringen der Siliziumoxydschicht,

Fig. 4A und 4B zeigen den Zustand nach dem Wegätzen der belichteten fotografischen Abdeckschicht aber vor dem Entfernen der Oxydschicht,

F i g. 5 A und 5 B zeigen das Plättchen nach dem Wegätzen der Oxydschicht und

Fig.6A und 6B zeigen den Zustand nach dem Wegätzen des undotierten Teiles der Siliziumscheibe.

Eine Halbleiteranordnung kann aus einem SiIicium-Einkristallplättchen 10, wie in F i g. 1 A gezeigt, mit den ungefähren Abmessungen 3,2 mm Seitenlänge im Quadrat und 0,25 mm Dicke hergestellt werden. Dieses Plättchen 10 kann in an sich bekannter Weise hergestellt werden und wird durch Polieren und Ätzen geeignet vorbereitet. Wie durch die Pfeile 11 unter dem Plättchen 10 der Fig. IA dargestellt, wird das Plättchen einer Bordampfdiffusion unterworfen, um einen PN-Übergang 12 innerhalb des Plättchens 10 zu erzeugen, wie es in Fig. 2A und 2B gezeigt ist. Diese Schicht ist vurzugsweise eine sehr dünne stark dotierte Aktivatorschicht.

Um den Arbeitsgang auf die Bildung eines Übergangs zu beschränken, wird eine Abdeckung auf allen Flächen des Plättchens 10 mit Ausnahme der Bodenfläche angebracht. Setzt man dagegen das ganze Plättchen der Boratmosphäre aus, so muß das Material mit eindiffundiertem Bor von allen Flächen mit Ausnahme der Bodenfläche beispielsweise durch Ätzen entfernt werden. Das Siliciumplättchen besteht dann aus einem oberen Teil mit N-Typ-Leitfähigkeit und einem unteren Teil mit P-Typ-Leitfähigkeit.

Als nächstes wird das Plättchen 10 einer oxydierenden Behandlung unterworfen, die eine im wesentlichen aus Siliciumdioxyd (SiO₂) bestehende Schicht 13 auf der oberen Hauptfläche des Piättchens hervorruft, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt ist. Diese Oxvdschicht 13 kann nach einer Mehrzahl bekannter Wege hergestellt werden. Die Oxydationsbehandlurig kann durch eine geeignete Maskierung passenderweise auf die Hauptfläche des Plättchens begrenzt werden, oder der Oxydfilm wird auf dem ganzen Plättchen gebildet und von allen Flächen mit Ausnahme der oberen, wie gezeigt, entfernt. Die gewünschte Dicke dieser Schicht 13 hängt von den besonderen diffundierenden Stoffen und Techniken ab, die angewendet werden sollen. Indessen geht die Dicke der Oxydschichten, die für die Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung benutzt werden, über 1500 A hinaus.

Die oxydbedeckte Fläche des Plättchens 10 w^!rd als nächstes mit einer fotografischen Abdeckschicht bedeckt. Es können die üblichen Methoden zum Aufbringen einer solchen Schicht, wie Streichen, Tauchen, Spritzen od. dgl., angewendet werden, denen ein Abschleudern folgt, um gleichmäßige und dünne Abdeckschichten zu sichern. Es ist wichtig, vor dem Aufbringen des fotografischen Abdeckmate-

rials für eine saubere Oberfläche durch Anwendung geeigneter Reinigungsmittel, beispielsweise Benzol, Toluol oder dergleichen Lösungsmittel, zu sorgen.

Das Muster wird dann fotografisch auf die Abdeckfläche gebracht und in an sich bekannter Weise

ίο entwickelt. Die in F i g. 4 gezeigte Zusammenstellung ist der erste Schritt in der Herstellung einer Halbleitervorrichtung. Wie in F i g. 4 gezeigt, wurde die Abdeckschicht durch den fotografischen Entwicklungsvorgang aller Bereiche außer Bereich Nr. 14 entfernt. Es ist zu beachten, daß die punktierten Bereiche exponierte Teile der Oxydschicht sind, auf der nach Entwicklung des Musters keine Abdeckung verbleibt.

Das Plättchen 10 in Fig. 4A und 4B wird dann auf seiner oberen Fläche der Einwirkung einer Atzlösüng unterworfen, um die Oxydschicht von den Bereichen zu entfernen, die von der Fotoabdeckschicht nicht geschützt sind. D.·.-.> Ergebnis dieser Behandlung ist die in Fig. 5A und JB gezeigte Struktür, in denen die Siliciumunterlage im Bereich, der nicht durch das Abdeckmuster bedeckt ist, freigelegt gezeigt wird (15). Die Oxydschicht bleibt unter dem Fotoabdeckmuster bestehen.

Die am besten geeigneten Ätzmittel für die Durchführung dieses Verfahrensschrittes bestehen aus Lösungen von Ammoniumbifluorid. Eine besonders geeignete Lösung, die etwa 1500A je Minute von der Oxydschicht entfernt, ist wie folgt zusammengesetzt: 20 g Ammoniumbifluorid, kristallisiert, und 30 ecm destilliertes Wasser. Diese Lösung kann auch in Pastenform zubereitet werden, indem man 5 Minuten kocht und nach dem Abkühlen auf 30 C dekantiert. Dieser Lösung werden 50 ecm einer, tierischen Leims von dickflüssiger Konsistenz und 10 ecm Glycerin zugegeben. Es können verschiedene Typen von Leim oder Klebstoff verwendet werden, insoweit dieser Zusatz nur zur Viskosität der Paste beiträgt. Die Mischung wird dann kräftig gerührt, bis eine homogene Masse erhalten wird. Die Paste hat etwa die gleiche Ätzgeschwindigkeit wie die flüssige Lösung und bietet einige offenbare Vorteile vom Standpunkt der Kontrollierbarkeit und Handhabung in besonderen Fällen.

Wenn ein langsamer wirkendes Ätzmittel gewünscht wird, verwendet man 32 ecm einer übersättigten Lösung von Ammoniumfluorid (NH₄F), die durch Auflösen von 20 g kristallisiertem I¹TH₄F in 30 ecm destilliertem Wasser unter Zugabe von 5 ecm Fluorwasserstoffsäure von 48% Konzentration hergestellt wird. Dieses Ätzmittel entfernt etwa 300 A von der Oxydschicht je Minute.

Das Ätzen wird dann so ausgedehnt, daß nicht nur die Entfernung der unmaskierten Siliciumdioxydschicht unter Verwendung der obengenannten Ätz-

mittel, sondern auch die ausreichende Entfernung der Siliciumunterlage eingeschlossen ist, wobei ein unterschiedliches selektives Ätzmittel benutzt wird, um alles zuvor niedergeschlagene oder zuvor eindiffundierte Material, das nicht maskiert ist, zu be-

seitigen, wie in Fig. 6 A und 6B gezeigt. Ein geeignetes Ätzmittel zur Entfernung von Silicium kann 2 ml einer Silbernitratlösung aus 1 g Silbernitrat in 100 ml destilliertem Wasser, 2 ml Salpetersäure und

0.5 ml Fluorwasserstoffsäure enthalten. Dieses Ätzmittel entfernt etwa 0,005 mm Silicium je Minute. Fotoabdeckung und Oxyd können dann entfernt und das Plättchen erhitzt werden, um den zuvor abgelagerten oder diffundierten Aktivator aus den Bereichen, die maskiert waren und nicht weggeätzt worden sind, einzudiffundieren. Gemäß dieser Technik würde das Fotoabdeckmuster selbst das Diffusionsmuster darstellen und damit eine »positive« Maske darstellen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

dient also als Maske für die anschließend erfolgende

_ . Bordiffusion. Die Tatsache, daß sich unter ihr eine

Palentanspruch: _dünne phosphordiffundierte Zone bildet, muß in

Kauf genommen werden. Die Ausbildung dieser

Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkör- 5 Zone könnte vermieden werden, indem man die

pern, insbesondere aus Einkristallen von Silizi- Phosphorsilikatglasschicht durch einen Oxydüberzug,

um, die wenigstens auf einer Oberflächenseite der ebenfalls als Maske zu wirken imstande ist, er-

Bereiche verschiedener Leitfähigkeit oder ver- seut.