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DE1589886B1 - Halbleiterbauelement mit oberflaechenueberzug und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Halbleiterbauelement mit oberflaechenueberzug und verfahren zu seiner herstellung

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Publication number
DE1589886B1
DE1589886B1 DE19671589886 DE1589886A DE1589886B1 DE 1589886 B1 DE1589886 B1 DE 1589886B1 DE 19671589886 DE19671589886 DE 19671589886 DE 1589886 A DE1589886 A DE 1589886A DE 1589886 B1 DE1589886 B1 DE 1589886B1
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DE
Germany
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semiconductor
silicon nitride
oxide film
nitride film
base body
Prior art date
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Ceased
Application number
DE19671589886
Other languages
English (en)
Inventor
Sumio Nishida
Katsuyoshi Sasaki
Ichiro Takei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Ceased legal-status Critical Current

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Description

geordnet ist.
10. Halbleiterbauelement mit einem Isolierfilm auf einem Halbleitergrundkörper, dadurch gekennzeichnet, daß unter Abstand vom Grundkörper eine dünne Siliziumschicht auf dem Isolierfilm angebracht ist.
11. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 10, durch diese Öffnung eine Verunreinigung selektiv in den Siliziumgrundkörper eindiffundieren zu lassen oder Metall auf dem Siliziumgrundkörper zur Bildung einer Elektrode niederzuschlagen. Indessen zeigte eine solche Einrichtung, trotz der Tatsache, daß ihre Halbleiteroberfläche durch den Siliziumoxydfilm geschützt war, eine Anfälligkeit gegenüber der umgebenden Atmosphäre, so daß häufig Ver-
dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumnitrid- 65 schlechterungen ihrer elektrischen Eigenschaften und film auf einem ausgewählten Teil der Hauptober- Verläßlichkeit auftraten. Außerdem wurden bei einer fläche des Halbleitergrundkörpers angebracht Halbleitereinrichtung, bei der der pn-übergang bis wird, während man eine direkte Bedeckung eines zur Oberfläche des Halbleitergrundkörpers unterhalb
des Siliziumoxydfilms reicht, die Sperreigenschaften durch die Eigenschaften des Siliziumoxydfilms stark beeinträchtigt, so daß es schwierig war, zufriedenstellende elektrische Eigenschaften zu erzielen. Daneben wird der Siliziumoxydfilm bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung dieser Art gewöhnlich als Diffusionsmaske verwendet, so daß eine Verunreinigung selektiv in die Halbleiterunterlage eindiffundiert werden kann. Doch war es unmöglich, bei Verwendung des Siliziumoxydfilms Gallium selektiv eindiffundieren zu lassen, da der Siliziumoxydfilm keine Maskenwirkung auf Gallium ausübt. Deshalb mußte Bor als Verunreinigung verwendet werden, wenn in dem Halbleitergrundkörper selektiv eine p-Typ-Halbleiterzone gebildet werden sollte. Bor ist indessen lediglich zur Behandlung von 10 bis höchstens 30, Gallium dagegen zur Behandlung von etwa 100 Halbleiterwaffeln in einem Diffusionsverfahrensschritt verwendbar. Aus diesem Grunde bestand ein stets wachsendes Bedürfnis an der Entwicklung eines Verfahrens zur selektiven Diffusion von Gallium, um die Massenproduktion von Halbleitereinrichtungen der beschriebenen Art zu ermöglichen.
In neuerer Zeit wurden außerdem Oberflächenschutzfilme aus Siliziumnitrid bzw. Siliziumnitrid und darüber noch Siliziumoxyd zur Isolation einzelner Bereichsinseln bekannt. In diesem Zusammenhang zeigte sich nun, daß an der Grenzfläche Silizium/Siliziumnitrid Spannungen auftreten, die zu Rissen bei Siliziumnitridfilmen über Ιμΐη Dicke führen, weshalb angeraten wurde, die Filmdicke unter 1 μΐη zu halten. Außerdem wurde bei der Beschreibung von Oberflächenschutzfilmen aus Siliziumnitrid allgemein, d. h. ohne Angabe bestimmter Dotierungselemente, auch eine bessere Eignung des Siliziumnitrids als Diffusionsmaske erwähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Siliziumoxydfilms hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften allgemein, der Sperreigenschaften im Fall eines angrenzenden pn-Überganges und bei der selektiven Diffusion des Galliums zu beseitigen und einen Oberflächenschutzfilm aus einem Siliziumoxydfilm und einem Siliziumnitridfilm zu entwickeln, dessen Siliziumnitridfilm auch bei über 1 μπι Dicke nicht zu Spannungsrissen neigt und der sich als Maske zum selektiven Eindiffundieren von Gallium in einen Halbleitergrundkörper bei der Massenfertigung eignet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Siliziumnitridfilm nur einen Teil der Hauptoberfläche des Halbleitergrundkörpers unmittelbar bedeckt und daß wenigstens ein Teil des Siliziumoxydfilms einen anderen Teil der Hauptoberfläche bedeckt, der nicht mit dem Siliziumnitridfilm bedeckt ist.
Alternativ kann der Siliziumnitridfilm auch den ganzen Siliziumoxydfilm bedecken.
Nach einer Ausführungsart der Erfindung kann der Überzug aus einem Siliziumoxydfilm auf mindestens einem Teil der Halbleitergrundkörperoberfläche und einem Siliziumnitridfilm auf mindestens einem Teil des Teils der Halbleitergrundkörperoberfläche bestehen, der keinen Siliziumüberzug trägt.
Nach einer anderen Ausführungsart der Erfindung kann der Überzug aus einem Siliziumoxydfilm auf der Halbleitergrundkörperoberfläche und einem Siliziumnitridfilm bestehen, der selektiv auf dem Siliziumoxydfilm angeordnet ist. Durch diese Anordnung des Siliziumnitridfilms ist es möglich, die mechanische Verzerrung infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten des Halbleitergrundkörpers und des Siliziumnitridfilms zu verringern.
In einem Versuch mit einer Halbleiteranordnung, die im Halbleitergrundkörper einen bis zu seiner Oberfläche reichenden pn-übergang enthielt, war es möglich, durch Bedecken des pn-Übergangs mit dem Überzug gemäß der Erfindung befriedigende elekirische Eigenschaften der Halbleiteranordnung zu erzielen und vor allem die Sperreigenschaften des der Halbleitergrundkörperoberfläche ausgesetzten pn-Uberganges zu verbessern.
Es zeigte sich außerdem, daß der Siliziumnitridfilm im Überzug gemäß der Erfindung eine Maskenwirkung auf die Diffusion von Gallium und verschiedenen anderen Verunreinigungen ausübt, d. h., Gallium läßt sich selektiv in den Halbleitergrundkörper eindiffundieren, wenn dieser Siliziumnitridfilm als Maske verwendet wird.
Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen als Vertikalschnittansichten
F i g. 1 a bis Id die bekannten Verfahrensschritte as bei der Herstellung eines Planartransistors,
F i g. 2 und 3 zwei Formen eines Halbleiterbauelements mit einem Überzug gemäß der Erfindung,
F i g. 4 und 5 Halbleiterbauelemente zur Erläuterung ihrer Herstellung gemäß der Erfindung,
F i g. 6 und 7 weitere Formen von Halbleiterbauelementen mit Überzügen gemäß der Erfindung,
F i g. 8 und 9 Halbleiterbauelemente zur Erläuterung ihrer Herstellung gemäß der Erfindung,
Fig. 10 und 11 Halbleiterbauelemente, die in Fig. 2 und 6 dargestellt sind, nach dem Eindiffundieren von Gallium,
Fig. 12a bis 12f Halbleiteranordnungen zur Erläuterung der Schritte ihrer Herstellung gemäß der Erfindung,
Fig. 13a bis 13e Halbleiteranordnungen zur Erläuterung der Schritte einer anderen Art ihrer Herstellung gemäß der Erfindung,
Fig. 14a bis 14d Halbleiteranordnungen zur Erläuterung der Schritte einer weiteren Art ihrer Herstellung gemäß der Erfindung,
Fig. 15a bis 15f Halbleiteranordnungen zur Erläuterung der Schritte noch einer weiteren Art ihrer Herstellung gemäß der Erfindung.
Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung von herkömmlichen Planartransistoren an Hand der F i g. 1 a bis Id beschrieben. Wie in F i g. 1 a gezeigt ist, stellt man zuerst einen n-Typ-Siliziumgrundkörper 1 her. Nach Reinigung der Oberfläche des Körpers 1 wird der Siliziumgrundkörper 1 in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt, damit sich auf seiner Oberfläche ein Siliziumoxydfilm 2 bildet. Dann wird die Photograviertechnik angewendet, um einen gewünschten Teil des Siliziumoxydfilms 2 zu entfernen und ein Loch 3 zu bilden, so daß ein Teil des Grundkörpers 1, wie F i g. 1 b zeigt, freigelegt wird. Man läßt nun eine Akzeptorverunreinigung, wie Bor, durch die freigelegte Grundkörperoberfläche diffundieren, um eine p-Typ-Basisschicht 4 in dem Grundkörper 1 zu bilden. Während dieser Diffusionsbehandlung wird wieder ein frischer Siliziumoxydfilm 2' auf der freigelegten Grundkörperoberfläche gebildet. Dann wird, wie in F i g. 1 c gezeigt ist, auch von dem zuletzt gebildeten Siliziumoxydfilm 2' ein
gewünschter Teil entfernt, wodurch ein Loch 5 entsteht und so einen Teil der Grundkörperoberfläche freigelegt ist. Eine Donorverunreinigung, z. B. Phosphor läßt man anschließend durch die freigelegte Grundkörperoberfläche in den Grundkörper eindiffundieren, um eine n-Typ-Emitterschicht 6 zu bilden. Wie im Fall der genannten Basisdiffusion wird während dieser Emitterdiffusion ein frischer Siliziumoxydfilm 2" auf der Grundkörperoberfläche gebildet. So werden die Arbeitszonen eines npn-Transistors fertiggestellt. Anschließend werden durch die Siliziumoxydfilme hindurch Löcher zu den verschiedenen Arbeitszonen freigelegt und Aluminiumelektroden7 und 8 in diesen Löchern angebracht, wie F i g. 1 d zeigt. Bei dem in dieser Weise hergestellten Planartransistor läßt man die Siliziumoxydfilme 2, 2' und 2" in dem Zustand, wie sie auf der Grundkörperoberfläche angeordnet sind, so daß die pn-Übergänge, d. h. der Emitterübergang 10 und der Kollektorübergang 9, die sich bis zur Grundkörperoberfläche erstrecken, abgedeckt sind. Indessen weist ein solcher Planartransistor gewöhnlich nur eine geringe Zuverlässigkeit auf, und besonders ergibt sich oft eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des rückbelasteten Kollektorüberganges 9. Das Auftreten dieser Erscheinung wird gegenwärtig der Tatsache zugeschrieben, daß Metallionen während der Verunreinigungsdiffusion oder der Elektrodenmetallaufbringung oder anderer Verfahrensschritte in den Siliziumoxydfilm eindringen und den Oberflächenzustand der Halbleitergrundkörperoberfläche unter dem Siliziumoxydfilm beeinträchtigen.
F i g. 2 zeigt als Vertikalschnitt eine Form eines Halbleiterbauelements mit dem Überzug gemäß der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Halbleiterbauelement mit einem Überzug aus einem Siliziumoxydfilm 12 auf mindestens einem Teil der Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers 11 und einem Siliziumnitridfilm 13 auf mindestens einem Teil der restlichen Oberfläche des Körpers 11 versehen.
An dem Halbleiterbauelement mit dem genannten Überzug lassen sich geeignete Löcher 14 und 15 in den Siliziumoxydfilm 12 anbringen, wie F i g. 3 zeigt, und eine Verunreinigung läßt sich selektiv durch diese Löcher in den Halbleitergrundkörper 11 eindiffundieren, oder man kann durch sie Metallelektroden anbringen, um eine gewünschte Halbleiteranordnung zu schaffen.
Der Überzug auf dem in F i g. 2 dargestellten Halbleiterbauelement kann z. B. durch Aufbringen eines Siliziumoxydfilms 12 auf mindestens einem Teil der Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers 11 und Erhitzung dieses Halbleitergrundkörpers 11 in einer Stickstoffatmosphäre erzeugt werden, wobei sich ein Siliziumnitridfilm 13 auf der frei liegenden Halbleitergrundkörperoberfläche bildet. Statt dessen kann der in F i g. 2 gezeigte Überzug auch dadurch erzeugt werden, daß man erst auf mindestens einem Teil der Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers 11 einen Siliziumoxydfilm 12 bildet und eine Stickstoffverbindung, wie z. B. Ammoniakgas (NH3) oder Hydrazin (NJH4), mit einer Siliziumverbindung, wie z. B. Silan (SiH4), reagieren läßt, um einen Siliziumnitridfilm 13 auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers 11 aus der Dampfphase niederzuschlagen.
Man kann eine Halbleiteranordnung mit einem Überzug gemäß der Erfindung auch herstellen, indem man auf der Oberfläche des Halbleitergrundkörpers 11 einen Siliziumnitridfilm 13 so anbringt, daß wenigstens ein Teil 16 der Halbleitergrundkörperoberfläche, wie in F i g. 4 gezeigt ist, frei bleibt, und eine Verunreinigung unter Verwendung des Siliziumnitridfilms 13 als Maske durch die frei gebliebene Oberfläche 16 diffundieren läßt und gleichzeitig einen dünnen Siliziumoxydfilm 19 auf der frei gebliebenen Oberfläche 16 bildet, wie F i g. 5 zeigt.
to Man kann dann (F i g. 5) ein Loch 20 im Siliziumoxydfilm 19 bilden, um eine andere Verunreinigung in den Grundkörper eindiffundieren zu lassen oder um ein Elektrodenmetall durch das Loch 20 anzubringen.
F i g. 6 ist ein Vertikalschnitt einer anderen Form eines Halbleiterelements mit dem Überzug nach der Erfindung. Nach diesem Ausführungsbeispiel besteht der Überzug aus einem Siliziumoxydfilm 12 auf der Oberfläche eines Halbleitergrundkörpers 11 und einem Siliziumnitridfilm 13 auf einem Teil des Siliziumoxydfilms 12.
Zur Schaffung einer gewünschten Halbleiteranordnung aus dem Halbleiterbauelement mit dem in F i g. 6 dargestellten Überzug kann man durch den
a5 Teil 21 des Siliziumoxydfilms 12, der nicht mit dem Siliziumnitridfilm 13 bedeckt ist, Löcher 14 und 15 bilden, wie F i g. 7 zeigt, und eine Verunreinigung selektiv in den Grundkörper eindiffundieren lassen oder ein Elektrodenmetall durch diese Löcher anbringen.
Weiter läßt sich, wie die F i g. 8 und 9 zeigen, eine Halbleiteranordnung mit dem Oberflächenüberzug gemäß der Erfindung auch herstellen, indem der größere Anteil des Teils des Siliziumoxydfilms 12 im Überzug nach F i g. 6, der nicht mit dem Siliziumnitridfilm 13 bedeckt ist, entfernt wird und man eine Verunreinigung in den Grundkörper 11 eindiffundieren läßt sowie gleichzeitig einen dünnen Siliziumoxydfilm 19 auf der freigelegten Halbleiteroberfläche 16 anbringt. Dann kann man noch ein Loch in dem Siliziumoxydfilm 19 bilden, um eine andere Verunreinigung eindiffundieren zu lassen oder um ein Elektrodenmetall durch das Loch anzubringen.
Im folgenden werden einige Ausführangsbeispiele beschrieben, in denen unter Verwendung des Überzugs gemäß der Erfindung eine selektive Diffusion von Gallium in einem Halbleitergrundkörper vorgesehen ist.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß nach dem wesentlichen Erfindungsgedanken ein Siliziumnitridfilm eine Maskenwirkung auf Gallium ausübt, ein Siliziumoxydfilm dagegen nicht, kann der Halbleitergrundkörper mit dem Überzug gemäß der Erfindung z. B. nach F i g. 2 oder 6 einer galliumreichen Atmosphäre ausgesetzt werden, so daß Gallium durch den Siliziumoxydfilm 12 hindurch in den Halbleitergrundkörper 11 eindiffundieren und eine Diffusionsschicht 17 bilden kann, wie die Fig. 10 und 11 zeigen. Falls der Halbleitergrundkörper aus einem n-Typ-Halbleiter besteht, wird durch diese Galliumdiffusionsbehandlung ein pn-übergang in dem Halbleitergrundkörper gebildet, und die Endkante dieses pn-Überganges 18 wird von dem Siliziumnitridfilm 13 überdeckt, wie die Fig. 10 und 11 zeigen.
Gallium und eine andere Verunreinigung können gleichzeitig in den Halbleitergrundkörper eindiffundiert werden, wenn es sich um ein Halbleiterelement
wie z.B. in Fig. 3 oder 7 handelt, in welchem Siliziumoxydfilm 19 von etwa 1000 bis 2000 A Löcher durch den Siliziumoxydnlm auf dem Halb- Dicke. Durch die Bildung dieser n-Typ-Diffusionsleitergrundkörper gebildet sind. In diesem Fall wird zone 17 entsteht ein pn-übergang 18 zwischen der die letztere Verunreinigung selektiv durch die Öff- n-Typzone 17 und dem p-Typ-Grundkörper 11, und nungen 14 und 15 eindiffundiert, während Gallium 5 die Endkante des pn-Übergangs 18 ist mit dem SiIigleichzeitig in den Grundkörper eindiffundiert wird, ziumnitridfilm 13 überzogen. Dann wird wieder die wobei der Siliziumnitridfilm 13 als Maske wirkt. Da- herkömmliche Photograviertechnik auf diesen neuher können z. B. Gallium und Arsen oder Gallium gebildeten Siliziumoxydnlm 19 angewandt, um ein und Antimon, wenn der Grundkörper 11 aus einem kleines Loch in diesem herzustellen, und ein Elekn-Typ-Halbleiter besteht, gleichzeitig eindiffundiert io trodenmetall, wie z. B. Aluminium, wird zur Bildung werden, um einen npn-Transistor in einem einzigen einer Aluminiumelektrode 22 durch dieses Loch an-Verfahrensschritt zu erhalten. gebracht. Ein Elektrodenmetall 23 wird ebenso an Einzelheiten der Herstellungsmethoden bei der der Bodenoberfläche des Grundkörpers 11 niederpraktischen Fertigung von Halbleitereinrichtungen, geschlagen, um eine Diode zu schaffen, wie in wie Dioden oder Transistoren, gemäß der Erfindung 15 Fig. 12e gezeigt ist. Die Elektrode 22 läßt sich herergeben sich aus folgenden Beispielen. stellen, indem lediglich der Teil des Siliziumoxyd-„ . -I1 n'ms I^ entfernt wird, der die Oberfläche der HaIb- ts ei spiel 1 leiterdiffusionszone, an welcher die Elektrode anzu-Zuerst wird ein einkristalliner Grundkörper 11 aus bringen ist, bedeckt, und ein Metall wie Aluminium p-Typ-Silizium von etwa 200 μπα. Dicke gemäß so zunächst nach der Vakuumverdampfungsmethode Fig. 12a hergestellt. Nach einer Reinigungsbehand- auf der ganzen Oberfläche niedergeschlagen und lung der Oberfläche des Grundkörpers 11 wird darauf dann das nicht als Elektrode benötigte Aluminium ein Siliziumoxydfilm 12 von etwa 5000 bis 10 000 A nach der bekannten Photograviertechnik entfernt Dicke erzeugt. Der Siliziumoxydfilm 12 auf dem SiIi- wird.
ziumgrundkörper 11 läßt sich durch Erhitzen des 35 Weiter läßt sich, von Fig. 12d ausgehend, auch Grundkörpers auf eine Temperatur über 10000C in ein kleines Loch durch den neugebildeten Siliziumeiner oxydierenden Atmosphäre bilden; man kann oxydfilm 19 herstellen und Bor durch dieses Loch in ihn aber auch durch thermische Zersetzung von den Grundkörper 11 eindiffundieren, um eine p-Typ-Organo-oxy-Silan bei einer verhältnismäßig niedrigen Diffusionszone 24 darin zu bilden, wie Fig. 12f Temperatur von 700 bis 8000C erzeugen, wobei der 30 zeigt. Dann können Löcher, die sich zur p-Typ-Zone Siliziumoxydfilm 12 auf dem Siliziumgrundkörper 11 24 und zur n-Typ-Zone 17 erstrecken, durch den aus der Dampfphase niedergeschlagen wird. In bei- dünnen Siliziumoxydfilm 26, der während der geden Fällen läßt sich die Dicke des Siliziumoxydfilms nannten Bordiffusion gebildet wurde, und durch den 12 passend dimensionieren, indem die Dauer der Siliziumoxydfilm 19 hergestellt und die Aluminium-Hitzebehandlung entsprechend gewählt wird. Dann 35 elektroden 27 und 22 nach bekannten Methoden anwendet man die herkömmliche Photograviertechnik gebracht werden, um einen pnp-Transistor herzuan, um unnötige Teile des Siliziumoxydfilms 12 durch stellen.
Ätzen mit z.B. Fluorwasserstoffsäure zu entfernen Beisniel 2
und dabei den Siliziumoxydfilm 12 auf mindestens p
einem Teil der Oberfläche des Siliziumgrundkörpers 40 Dieses Beispiel behandelt die Herstellung von
11 zu belassen, wie Fig. 12 b zeigt. Anschließend Halbleiteranordnungen, wie Dioden und Transistoren,
wird ein Siliziumnitridfilm 13 von etwa 200 bis mittels selektiver Diffusion von Gallium in einen
2000 A Dicke auf dem Teil der Oberfläche des SiIi- Halbleitergrundkörper, wobei von dem Oberflächen-
ziumgrundkörpers 11 gebildet, der nicht mit dem überzug gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht Siliziumoxydfilm 12 bedeckt ist, wie Fig. 12c zeigt. 45 wird.
Der Siliziumnitridfilm 13 läßt sich z. B. durch Ein- Wie Fig. 13a zeigt, wird auf der Oberfläche eines bringen des in Fig. 12b dargestellten Siliziumgrund- einkristallinen n-Typ-Siliziumgrundkörpers 11 mit körpers in eine Stickstoffgasatmosphäre und eine einer Dicke von etwa 250 μΐη nach der im Zusam-Wärmebehandlung von etwa 30 Minuten bis 1 Stunde menhang mit Fig. 12a beschriebenen Weise ein bei etwa 1250° C erzeugen. Statt dessen kann man 50 Siliziumoxydfilm 12 von etwa 5000 bis 10 000 A erden Siliziumnitridfilm 13 auch dadurch aufbringen, zeugt. Ein Teil des Siliziumoxydfilms 12 wird so, daß man Wasserstoffgas als Trägergas verwendet, eine wie in F i g. 12 b ausgeführt wurde, entfernt, und ein Stickstoffverbindung, wie z. B. Ammoniakgas (NH3) Siliziumnitridfilm 13 von etwa 200 bis 2000 A wird oder Hydrazin (N?H4), mit einer Siliziumverbindung, auf der freigelegten Grundkörperoberfläche gebildet, wie z.B. Silan (SiH4), dem Trägergas zumischt und 55 wie Fig. 13b zeigt. Der Grundkörper 11 wird nun zwischen den Verbindungen eine Reaktion bei einer auf einer Temperatur von etwa 116O0C gehalten, Temperatur von etwa 900 bis 12500C ablaufen läßt. und man läßt Galliumdampf bei etwa 9000C mit Anschließend wendet man nochmals die herkömm- Wasserstoff als Trägergas über die Oberfläche des liehe Photograviertechnik an, um einen Teil des Grundkörpers 11 strömen, um Gallium in den SiIi-Siliziumoxydfilms 12 zu entfernen und so den ent- 6o ziumgrundkörper 11 eindiffundieren zu lassen. Da sprechenden Teil des Siliziumgrundkörpers 11 frei- der Siliziumnitridfilm 13 einen Durchtritt von Gallizulegen, wie Fig. 12d zeigt. Eine Verunreinigung, um nicht zuläßt, bildet sich eine p-Typ-Diffusionswie z. B. Phosphor, Arsen oder Antimon, läßt man zone 17 unterhalb des Siliziumoxydfilms 12, wie dann durch diese freigelegte Oberfläche in den Fig. 13c zeigt, und die Endkante eines pn-Über-Grundkörper 11 eindiffundieren, um eine n-Typ- 65 ganges 18 zwischen der p-Typ-Zone 17 und dem n-Diffusionszone 17 darin zu bilden. Während dieser Typ-Grundkörper 11 wird von dem Siliziumnitrid-Diffusionsbehandlung bildet sich auf der freigelegten film 13 bedeckt. Dann wird die bekannte Photogra-Siliziumgrundkörperoberfläche erneut ein frischer viertechnik angewendet, um ein Loch durch einen
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gewünschten Teil des Siliziumoxydfilms 12 herzu- n-Typ-Siliziumgrundkörpers 11 von etwa 250 μΐη stellen, und anschließend läßt man Phosphor durch Dicke gebildet. Dann wird, wie Fig. 15b zeigt, eine dieses Loch in den Grundkörper 11 eindiffundieren, etwa 100 bis 1000 A dicke Siliziumschicht 28 auf um eine n-Typ-Diffusionszone 24 darin zu bilden, den Siliziumoxydfilm 12 aufgebracht. Diese Siliziwie Fig. 13d zeigt. Ein dünner Siliziumoxydfilm 19 5 umschicht28 läßt sich nach der bekannten Vakuumwird während der Phosphordiffusion, wie F i g. 13 b Verdampfungsmethode oder durch Reduktion von zeigt, neu gebildet. Zur n-Typ-Zone24 und zur p- Siliziumtetrachlorid (SiCl4) mit Wasserstoff her-Typ-Zone 17 im Halbleitergrundkörper reichende stellen.
Löcher werden durch die Siliziumoxydfilme 19 bzw. Dann wird die bekannte Photograviertechnik an-
12 hindurch hergestellt, und Elektrodenmetalle 27 io gewendet, um einen bestimmten Teil der Silizium- und 22 werden in diesen Löchern niedergeschlagen, schicht 28 zu entfernen. Anschließend wird der SiIium den in Fig. 13e gezeigten npn-Transistor fertig- ziumgrundkörper 11 einer Wärmebehandlung von zustellen. 30 Minuten bis zu 1 Stunde bei etwa 125O0C in
Eine Diode mit einer Zone, in die Gallium selek- einer stickstoffhaltigen Atmosphäre unterworfen, um tiv eindiffundiert wird, erhält man durch Gallium- 15 einen Siliziumnitridfilm 13 von etwa 100 bis 500 A diffusion (Fig. 13c), Herstellung einer Öffnung in Dicke auf der Oberfläche der Siliziumschicht28 zu den Siliziumoxydfilm 12 und Niederschlagen eines bilden, wie Fig. 15c zeigt. Statt durch Wärmebe-Elektrodenmetalls in diesem Loch. handlung des Grundkörpers in der stickstoffhaltigen
. -,ο Atmosphäre kann der Siliziumnitridfilm 13 auf der
Beispiel 3 20 Siliziumschicht28 auch durch chemische Reaktion
An Hand der Fig. 14a bis 14d wird ein weiteres von Silan (SiH4) und Ammoniakgas (NH3) nieder-Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. geschlagen werden. In diesem Fall wirkt die Silizium-
Man bringt einen Siliziumoxydfilm 12 auf minde- schicht 28 als starkes Bindeglied zwischen dem SiIistens einem Teil der Oberfläche eines Halbleiter- ziumoxydfilm 12 und dem Siliziumnitridfilm 13. Wenn grundkörpers 11 aus n-Typ-Silizium und anschlie- 25 dann der Siliziumgrundkörper auf einer Temperatur ßend einen Siliziumnitridfilm 13 auf der restlichen von etwa 116O0C gehalten, Galliumgas auf 9000C Grundkörperoberfläche nach der Methode an, die erhitzt und in Beimischung zu Wasserstoff als Träbezüglich Fig. 12b beschrieben wurde. Dann wird gergas über die Grundkörperoberfläche strömen geeine Siliziumschicht 29 auf einem erforderlichen lassen wird, diffundiert Gallium durch den Silizium-Teil der Grundkörperoberfläche niedergeschlagen, 30 oxydfilm 12 in den Grundkörper 11 und bildet eine wie Fig. 14a zeigt. Diese Siliziumschicht29 kann p-Typ-Diffusionszone 17 darin, wie Fig. 15d zeigt, auf der Grundkörperoberfläche nach der herkömm- Die Endkante eines pn-Uberganges 18, der zwischen liehen Vakuumverdampfungsmethode oder durch der p-Typ-Zone 17 und dem n-Typ-Grundkörper 11 Reduktion von Siliziumtetrachlorid (SiCl4) mit Was- entsteht, wird von dem Siliziumnitridfilm 13 über serstoff hergestellt werden, worauf der nicht be- 35 dem Siliziumoxydfilm 12 abgedeckt, nötigte Teil der Siliziumschicht nach der bekannten Man stellt nun ein Loch durch mindestens einen
Photograviertechnik entfernt wird. Man läßt an- Anteil des Teils des Siliziumoxydfilms 12 her, der schließend Gallium in den Halbleitergrundkörper 11, nicht mit dem Siliziumnitridfilm 13 bedeckt ist, und der die Siliziumschicht 29 tragt, eindiffundieren, um läßt eine n-Typ-Verunreinigung, wie z. B. Phosphor, eine Galliumdiffusionsschicht 17 im Grundkörper 11 40 durch dieses Loch eindiffundieren, um eine n-Typzu bilden, wie Fig. 14b zeigt. Diffusionszone24 zu bilden, wie Fig. 15e zeigt.
Dann wird ein Loch in dem mittleren Silizium- Während dieses Diffusionsvorganges entsteht ein oxydfilm 12 in der Weise, wie bezüglich Fig. 13d frischer dünner Siliziumoxydfilm 19 an der öffnung, beschrieben wurde, hergestellt und eine Verunreini- durch welches Phosphor eindiffundiert. Schließlich gung, wie z.B. Phosphor, Arsen oder Antimon, 45 werden Löcher durch erforderliche Teile der SiIidurch dieses Loch eindiffundiert, um eine η-Typ- ziumoxydfilme 12 und 19 hergestellt, wie Fig. 15f Diffusionszone 24 im Grundkörper 11 zu erzeugen, zeigt, und Elektrodenmetalle 22 und 27 daran angewie Fig. 14c zeigt. Anschließend stellt man Löcher bracht, um einen npn-Transistor zu schaffen, durch entsprechende Teile der Siliziumoxydfilme 12 Aus der bisherigen Beschreibung ergibt sich, daß
und 19 her und schlägt die Elektrodenmetalle 22 und 50 mindestens ein Teil der Oberfläche eines Halbleiter-27 in diesen Löchern zur Fertigung eines npn-Tran- grundkörpers gemäß der Erfindung direkt mit einem sistors nieder. Siliziumnitridfilm oder unter Zwischenschaltung eines
Die im vorliegenden Beispiel verwendete Silizium- Siliziumoxydfilms indirekt mit einem Siliziummtridschicht 29 kann während des genannten Diffusions- film bedeckt wird und so der Zustand der Halbleiterschrittes eine Oberflächenoxydation erfahren, doch 55 grundkörperoberfläche unter diesem Siliziumnitridkann sie auch als solche erhalten bleiben, so daß sie film sehr beständig ist. Eine solche Beständigkeit ist zusammen mit den Siliziumoxydfilmen 12 und 19 und vermutlich der Tatsache zuzuschreiben, daß der SiIidem Siliziumnitridfilm 13 als Oberflächenschutzfilm ziumnitridfilm im Gegensatz zum Siliziumoxydfilm für die Halbleiteranordnung dient. Wenn erforder- die Wirkung hat, das Eindringen von Metallionen in lieh, kann diese Siliziumschicht 29 nach dem An- 60 den Film während des Verunreinigungsdiffusionsvorbringen des Elektrodenmetalls gemäß Fig. 14d ent- ganges oder des Anbringens von Elektrodenmetall fernt werden. oder anderer Behandlungsschritte zu verhindern.
Beispiel 4 Außerdem ist, wie die Fig. 12e, 12f, 13e, 14d und
15 f erkennen lassen, die an der Grundkörperober-
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung 65 fläche endendeKante des pn-Überganges, der imHalbwird im folgenden beschrieben. Wie z. B. in F i g. 15 a leitergrundkörper der Halbleiteranordnung gemäß gezeigt ist, wird ein Siliziumoxydfilm 12 einer Dicke der Erfindung gebildet wird, und ebenfalls die äußere von etwa 5000 bis 10 000 A auf der Oberfläche eines Umf angszone des Halbleitergrundkörpers mit dem
Siliziumnitridfilm bedeckt. Dank dem vorstehend beschriebenen Aufbau besteht weitestgehend keine Gefahr mehr, daß die elektrischen Eigenschaften der Halbleiteranordnung durch die Außenatmosphäre beeinträchtigt wird, selbst wenn die Grenzfläche zwischen dem Oberflächenüberzug und der Grundkörperoberfläche der Umgebung ausgesetzt sein sollte. Erfindungsgemäß läßt sich außerdem eine Halbleiteranordnung, wie im Fall der Fertigung von Transistoren des bekannten Planartyps sehr leicht herstellen, da man Arbeitszonen der Halbleiteranordnung mittels geeigneter Behandlung des Siliziumoxydfilms leicht herstellen kann, wie vorstehend beschrieben wurde.
Obwohl in den verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung nur Silizium als Grundkörpermaterial erwähnt wurde, kann man statt dessen auch Germanium oder andere übliche Halbleitermaterialien außer Silizium ebenso wirkungsvoll verwenden. Darüber hinaus ist die Erfindung, obwohl die Ausführungsbeispiele nur von der Herstellung von Halbleiteranordnungen in Form von Dioden oder Transistoren handeln, offensichtlich auch auf die ίο Herstellung sogenannter integrierter Schaltungen anwendbar, die solche Elemente wie Widerstände, Kondensatoren, Dioden oder Transistoren aufweisen, welche integriert in Halbleitergrundkörpern zusammengefaßt sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Halbleiterbauelement aus einem Halbleitergrundkörper mit einem Siliziumoxydfilm und einem Siliziumnitridfilm, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumnitridfilm (13) nur einen Teil der Hauptoberfläche des Halbleitergrundkörpers (11) unmittelbar bedeckt und daß wenigstens ein Teil des Siliziumoxydfilms (12 bzw. 19) einen anderen Teil der Hauptoberfläche bedeckt, der nicht mit dem Siliziumnitridfilm bedeckt ist.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Siliziumoxydfilms (12) zwischen dem Siliziumnitridfilm (13) und der Hauptoberfläche des Halbleitergrundkörpers (11) liegt.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumoxydfilm (12 bzw. 19) und der Siliziumnitridfilm (13) die Teile der Hauptoberfläche des Halbleitergrundkörpers (11) direkt bedecken.
4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumnitridfilm (13) an der Hauptoberfläche des Halbleitergrundkörpers (11) den nicht mit dem Siliziumnitridfilm bedeckten Teil des Siliziumoxydfilms (12 bzw. 19) völlig umgibt.
5. Halbleiterbauelement nach einem der Anspräche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumnitridfilm (13) mit einer Siliziumschicht (29) bedeckt ist.
6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß 35
pn-Übergänge (18, 25) an den verschiedenen
Teilen der Hauptoberfläche des Halbleitergrundkörpers (11) enden, die mit dem Siliziumnitrid-
film (13) bzw. dem nicht direkt mit dem Silizium-
nitridfilm bedeckten Siliziumoxydfilm (12) be-
deckt sind. Die Erfindung bezieht sich auf Halbleiterbau-
7. Halbleiterbauelement nach einem der An- elemente mit einem Siliziumoxydfilm und einem spräche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Siliziumnitridfilm und Verfahren zu ihrer Herdie Endkante des pn-Überganges (18), die mit stellung, ferner auf ein Verfahren zur selektiven dem Siliziumnitridfilm (13) bedeckt ist, von die- 45 Diffusion von Gallium in Halbleitergrundkörpern sem durch den Zwischenoxydfilm (12) getrennt unter Nutzbarmachung des genannten Überzuges,
ist. Bisher wurden Halbleiteranordnungen, wie Dioden,
8. Halbleiterbauelement aus einem Halbleiter- Transistoren oder integrierte Halbleiterschaltungen, grundkörper mit einem Siliziumoxydfilm und mit einem Oberflächenschutzfilm auf der halbleiteneinem Siliziumnitridfilm, dadurch gekennzeich- 5° den Unterlage versehen, um einen Schutz vor schädnet, daß der Siliziumnitridfilm den ganzen liehen äußeren Einflüssen, wie z. B. durch Feuchtig-Siliziumoxydfilm bedeckt. keit und Staub, auf ihre elektrischen Eigenschaften
9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7 zu erzielen.
Bei einem Silizium-Planartransistor war oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine SiIi- es z. B. üblich, einen Siliziumoxydfilm als Oberftäziumschicht (28) zwischen dem Siliziumoxydfilm 55 chenschutzfilm zu verwenden, in geeigneter Weise (12 bzw. 19) und dem Siliziumnitridfilm (13) an- eine Öffnung durch diesen Film zu schaffen und
mit dem Siliziumoxydfilm bedeckten Teiles der Hauptoberfläche mit einem Siliziumnitridfilm durch übliche Maskierungstechnik verhindert.
12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einem Siliziumoxydfilm, einem Siliziumnitridfilm und zwei Halbleiterbereichen nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Bereiche durch Einführen einer ersten Verunreinigung in einem nicht mit dem Siliziumnitridfilm bedeckten Teil des Halbleitergrundkörpers erzeugt wird und man den anderen Bereich durch Einführen einer zweiten Verunreinigung in den Halbleitergrundkörper durch ein zur Freilegung eines Teils des Grundkörpers im Siliziumoxydfilm geschaffenes Loch bildet.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der Bereiche durch Einführen der Verunreinigung durch ein im Siliziumnitridfilm geschaffenes Loch erzeugt wird und man den Siliziumoxydfilm unter Bedeckung des im Siliziumnitridfilm geschaffenen Lochs anbringt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verunreinigung Gallium ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumoxydfilm und der Siliziumnitridfilm gebildet werden, bevor Gallium eindiffundiert wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gallium in den ausgewählten Teil des Grundkörpers unter Verwendung von Siliziumnitrid als Maske eingeführt wird.
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