DE6802214U - Elektrisches bauelement. - Google Patents

Description

Pcöentcmwälle '

Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl.-Ing. Woligcmg Reiciiel

6 Frankfurt a. M. 1 Parksiraße 13

GENEMLEIECTRIC COMPAITY, Schenectady, N.Y. , VStA

Elektrisches Bauelement

Die Neuerung geht aus von einem elektrischen Bauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen eine Breitseite mit einer Iso lierungsschicht überzogen ist, und mit einer auf der Oberfläche der Isolierungsschicht in einem vorgewählten Muster aufgebrachten Metallschicht.

Es ist schon nach der schweizer Patentschrift 431 724 ein oben erwähntes Bauelement bekannt, welches mit der vom HaIbleiterkörpar isolierten Metallschicht als Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode verwendet wird. Bei diesem Bauelement sind die Kontakte direkt an der freiliegenden Metallschicht, die die Steuerelektrode bildet, bzw, an den auf einem Teil der Transistorzone sitzenden Elektroden angebracht. Da die Metallschicht und die auf den Transistorzonen sitzenden Elektroden freiliegen, werden sie rasch korrodiert. Ferner können sich verhältnismäßig leicht Kurzschlüsse oder Kriechwege zwischen den verschiedenen Elektroden ausbilden, und es besteht Gefahr, daß sich auch die Kontakte in unerwünschter Weise verbiegen.

Ein ähnlich aufgebautes Halbleiterbauelement, bei dem auch der Feldeffekt ausgenutzt wird, ist in der französischen Patentschrift 1 349 936 beschrieben. Dieses Halbleiterbauelement weist die gleichen Nachteile auf, wie das oben "beschriebene.

Bei einzelnen Bauelementen mit relativ großen Abständen zwischen den Kontakten lassen sich die oben erwähnten Nachteile

zum Teil dadurch "beseitigen, daß das Bauelement in eine Kapsel eingeschlossen wird.

Eine solche Einkapselung kann jedoch bei integrierten Schaltkreisen oder monolithischen Einheiten nicht zur Überwindung der oben erwähnten Nachteile führen, da die verschiedenen Zonen und Kontakte dabei viel näher beieinander angeordnet und damit gegen Störungen anfälliger sind.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde elektrische Bauelemente der eingangs erwähnten Art, und zwar insbesondere integrierte Schaltkreise und monolithische Einheiten, so auszubilden, daß sich keine störenden Wirkungen durch die beschriebenen Effekte an der Oberfläche ergeben.

Diese Aufgabe wird bei den elektrischen Bauelementen der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß auf der Metallschicht und den freien Oberflächenbereichen der ersten Isolierungsschicht eine zweite Isolierungsschicht aufgebracht ist und daß elektrische Kontakte durch die zweite Isolierungsschicht hindurch mit der Metallschicht in Berührung O sind.

Durch diesen Aufbau erhält man ein Bauelement, welches eine gut geschützte Oberfläche aufweist. Dadurch lassen sich integrierte Schaltkreise und monolithische Einheiten erst so ausführen, daß sie für bestimmte Anwendungszwecke geeignet sind.

Es ist jedoch schwierig, die neuerungsgemäßen Bauelemente nach einem bekannten Verfahren herzustellen. Insbesondere ist es schwierig, die Kontakte zu bilden und dabei zu verhindern, daß das Kontaktmaterial das isolierende Medium angreift und schließlich zerstört. Besondere Schwierigkeiten

ergeben sich dabei, wenn die verwendeten Katerialien später hohen Temperaturen ausgesetzt werden nüssen, wie es beispielsweise während des Diffusiönsschrittes bei der Herrteliuns von Kalbleiterbauelementen der Pail ist. Bei zu großer Erwärmung werden einige Metalle ferner außerordentlich reaktionsfreudig und können sogar schmelzen, so daß die aus ihnen hergestellten Platten oder Stützen schädlich beeinfluß» oder verformt werden.

Sin Verfahren zur Herstellung der neuen Bauelemente, welches diese Nachteile nicht aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Breitseite des Halbleiterkörpers eine für hohe Temperaturen unempfindliche Isolierungsschicht aufgebracht wird, daß auf dieser eine mit der Isolierungsschicht bei den !Fabrikationstemperaturen nicht reagierende gemusterte Iletallschicht gebildet wird, daß die gemusterte Metallschicht und die freiliegenden Oberflächenbereiche der ersten Isolierungsschicht mit einer zweiten Isolierungsschicht vollständig bedeckt werden und daß durch die zweite Isolierungsschicht hindurch kontaktiert wird.

Ausführungsformen des neuerungsgemäßen Bauelements werden nachstehend anhand der Zeichnungen zusammen mit Verfahren zu ihrer Herstellung beispielshalber beschrieben.

Die Pig. 1 zeigt einen Arbeitsplan für die Herstellung eines

neuerungsgemäßeη elektrischen Bauelements mit einer eingebetteten Metallelektrode.

Die Pig. 2a bis 2g zeigen daneben das Bauelement jeweils in demjenigen Zustand, der sich nach dem entsprechenden in \ Pig. 1 dargestellten Verfahrensschritt ergibt.

Die Pig. 3 ist eine perspektivische und teilweise geschnittene [ Ansicht eines Bauelements, wie es in den Ansprüchen

ί gekennzeichnet ist.

Die Pig. 4 ist eine perspektivische und teilweise geschnittene Ansicht eines neuerungsgemäßen Kondensators.

Die Pig. 5 zeigt einen Arbeitsplan für die Herstellung eines

Feldeffekttransistors nit einer eingebetteten Steuer-Elektrode .

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jeweils Ir₁ demjenigen Zunianc., ucv sich r.och do uen, in iig. 5 äu^gcoteilten Veriahrcnccchritt

In der Figur 1 ist ein Arbeitsplan für die Fabrikation der einfachsten neuerungsgemäßen Halbleiterbauelemente dargestellt.

Dieser Arbeitsplan kann zwar bei der Herstellung von monoli- ! thischen, integrierten Schaltkreisen und dergleichen angewen- j det werden, die einen Halbleiterkörper aus Germanium, Silicium,! Galliumarsenid oder irgendeinem anderen zweckmäßigen Halb- | leitermaterial enthalten, jedoch wird er im folgenden der Einfachheit halber an Halbleiterbauelementen mit einem Siliciurakörper beschrieben.

GsnäS ?ig. 1 beginnt die ?abrikotion eines Buuelcr.crites ait der Hcr-stäliuns eir.es Siliciunliörpers oder einer Siliciiunscheibe, die beispielsweise einen Durchnocser von 25 r.n (1 Zoll) und eine Dicke von o,25 cn (o,ol Zoll) aufweisen kann. Die Siliciunsscheibe besitzt zwei aonokristalline Breitseiten, die voreugsweise eine für cie Herstellung von Halbleiterbauelementen erwünschte kristallografische Orientierung aufweisen, d.h., beispielsweise parallel zur (1,1,1 Uber.e orientiert sind. Auf einer der Breitseiten dos SiIiciurücörpers wird eine dünne Schicht aus einen Isolierungsniaterial ausgebildet, durch welches der Siliciwakörper gegcnüber Leitern, die später auf ihn r.ieäerjeschlagen v/erden, ausreichend elektrisch isoliert wird und das zweci:n;äßigerweise auch die Eigenschaft besitzt, auf der Siiiciunioberfläche Leckströrae oaer sonstige Oberflrlchensuständo zu verhindern, die eine Qualitätsminderung der Oberixiche zur itolge haben könnten. Die Isolierungsschicht wird 2wcckaä3igerweise in beliebiger Reihenfolge oder Anzahl aus Materialien wie Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder einer orac^phcn XoKbination von Siliciua, Sauerstoff

u2Ui Stickstoff (siliciur.oxyiiitrid) ge nil:; ο- werden. Ku η besseron Verständnis wird· angenommen, Cu* auf einer Breiteυ itο eines Siliciumkörpers 10 ein Siliciumoxid film 11 ,^obilciot wires Dieser PiIn kann 1000 ?. diel·: nein und dadurch gerildot werden, daß der Siliciumkörpor etwa eine Sxuncle lang in einor trockenen Sauerstoffatmosphärc auf einer Temperatur von etwa 1100-1200⁰C sehalten wird. Hierdurch entsteht eine dichte, gleichförmige, thermisch gewachsene Siliciumdioxidschicht, die als Isolierung- und Passivierungsmittol für d.-.s .. ..liciuta wirkt. Es wird dann auf der auf dem Halbleiterkörper 10 befindlichen Siliciurnoxidschicht 11 eine Schicht 12 aus einem Metuli niedergeschlagen,welches tnit Siliciumoxid bzw. bei Verwendung von Siliciumnitrid oder Siliciumoxynitrid mit diesen nicht reagiert. Als Metalle eignen sich beispielsweise Molybdän oder Wolfram. Die beispielsweise aus Molybdän bestehende Metallschicht 12 wird in einer Dicke von etwa 1000 bis 5000 Ä dadurch aufgebracht, daß das Ketull' in einer aus eines inerten Gas wie Argon bestehenden Atmosphäre bei einem Druck von etwa 5 Mikron auf den auf etwa 400 bis 500 C erhitzten Halbleiterkörper aufgedampft oder durch Zerstäubung aufgebracht wird. Anschließend wird in der Metallschicht ein für den späteren Verwendungszweck geeignetes Muster mit der erwünschten Form und Größe ausgebildet.

Zur Ausbildung dieses Musters in der Kolybdänschicht können in einem fotochemischen Kopier- und Ätzschritt bekannte fotoresistive Materialien verwendet werden. Ein geeignetes fotoresistives Material wird beispielsweise unter den Warenzeichen ¹¹KPR" von der Eastman Kodak Company, Rochester, New York, verkauft und ist beispielsweise in dem Eastman Kodak Company -Heft "Photosensitive Resists f..r Industry" 19ü2 beschrieben worden. Bei Verwendung derartiger fotoresistiver Materialien wird das Muster dadurch hergestellt, daß die gesamte Oberfläche der Molybdänschicht 12 mit dem fotoresistivem Material überzogen und anschließend die fotoresist ive Schicht durch eine Schablone hindurch mit Licht

— α —

geeigneter Y/ollcnlängo belichtet wird, wodurch in α en belichteten Bereichen des fotorcsistiven Materials chemische Reaktionen angeregt werden.

Im allgemeinen v/erden nur die Bereiche der fotoresistiven Schicht belichtet, die über denjenigen Stellen der Metallschicht liegen," welche stehenbleiben sollen, Anschließend wird die fotoresistive Schicht mit einem geeigneten Entwickler behandelt, durch den die unbelichteten Stellen des fotoresistiven Materials weggelöst werden, während in den belichteten Stellen ein Gel gebildet wird, das auch nach dem Wegspülen des Entwicklers stehenbleibt.

Nach dem Entwickeln entspricht die auf der Oberfläche des beschichteten Halbleiterkörpers gebildete Maske aus photoresist ivem Material dem Küster, welches in der Molybdänschicht gebildet werden soll. Der Halbleiterkörper wird nun in destilliertem V/asser gewä sehen und mit einem Ferricyanid-Ätzmittel behandelt, um die Molybdänschicht an ihren freiliegenden Stellen zu entfernen. Da das Ferricyanid-Ätzmittel das Molybdän mit einer Geschwindigkeit von etwa 9000 a pro Minute abträgt, braucht eine 1000 k dicke Molybdänschicht nur etwa eine neuntel Minute, eine 5000 α dicke Moybdänschicht nur etwa eine halbe Minute mit dem Jerritcyanid-Ätzmittel behandelt werden. Das ?erricyanid-Ätzmittel enthält beispielsweise 92 g Ic₅^e(CIT)₆, 20 g KOii und 300 H₂O.

Hach dem Entfernen aller derjenigen Bereiche der Molybdänschicht, die nicht durch das entwickelte fotoresistive Material bedeckt sind, wird das Halbleiterbauelement in destilliertem Wasser gewaschen una anschließend in Tr ichloräthylen oder einom anderen geeigneten Lösungsmittel für das fotoresistive Material gespült. Nach dem Entfernen der fotoresistiven Schicht wird öer gesamte Halbleiterkörper mit einer etvia 1000 - 5000 S. dicken Schicht 13 aus einem loolicrmatcrial wie Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder

Jiliciumoxmitrid überzogen. Für diu sv/oitc Isolicr Gchüit wird im allgemeinen das gleiche* Inolicjrungrsr wie für die erste Isolierimgnschxcht IT vci-wer.äot, anch ist dies nicht notwendig. Y.'onn boispialGwc-iac ein Krmaonnator nach der. erfindun/issenäßen Verführen hergestellt wird, dann kann die Isolicrun^sschicht zwischen üon neiden Platten aus irgendeinem bekannten material bestehen, welchen eine geeignete Dielektrizitätskonstante und Durchbruchfestigkeit aufweist. Ein Material mit ausgezeichneter üurchbruchfoctig— keit cecenüber Hochöpannungen ist beispielsv/ei3e Siliciumdioxid.

Der mit der Oxidschicht versehene Siliciunücörpor ist in der Pi^. 2b durgestellt. Me Fig. 2c zeigt den Halbleiterkörper nach den Aufbringen der Metallschicht 12, clic Pig. 2d den Halbleiterkörper nach dem Wegätzen von Teilen der Kctallschicht und die Pig. 2e den Halbleiterkörper nach eiern Aufbringen der zweiten Isolierungsschxcht 13. In allen Figuren sina die aufgebrachten Schichten übertrieben dick dargestellt, da sie gröSenordnungsaäßig eine Dicke von "etwa 1000 bis 5000 S. aufweisen, was ein unbedeutender 3ruchteil der Dicke des Halbleiterkörpers 10 ist, und in einer Zeichnung mit natürlichem Maßstab nicht sichtbar wären.

iJuch dem Aufbringen der zweiten Isolierungsschicht 13 auf der Metallschicht 12, die die gev/ünsöte Geometrie aufweist, können eine Anzahl v/eiterer Verfahrensschritte angeschlossen werden, die alle zu erfindungsgeir»aSen Ausfuhrungsformen führen. Bei der einfachsten Ausführungsform gemäß den ?ig. 1 und 2 ist nur ein einziger, eingebetteter, leitender Streifen vorgesehen, der beispielsweise einen Leitungszu^ darstellt, durch den zwei integrierte Schaltkreise eines monolythischen, integrierten Halbleiterbaueimentes elektrisch verbunden sind.

:.n?uiU eiio leiten;!ο ftu"oüllnoiii'i!-.ι 12 i;^f.ror: zu Iron Lu'.tieren, können zum Herstellen einos ir.tcjrierton ochalt^reiscjo ala v/eitere Verfahrensschri-tte beispielsweise zunächst Diffusionsschrifue bei hohen Tempera türen cn; rrchlosoen v/er el en, riuch denen dann die eingebettete Metallschicht ;:ontaktlert wird. Ein weiterer- Yerführencschritt könnte auch zum direkten Verbinden 2v/Gier Leitungszüge durch Metallisierung und Ätzung durchgeführt werden.

Vor den Abschluß des Verfahrens ist die

Metallschicht bereits vollständig eingebettet und braucht nur noch elektrisch kontaktiert v/erden. Hierzu wird der gesaiute Halbleiterkörper mit einem geeigneten fotoresiotiven Ilateiial wie KPR überzogen, das anschließend zum Herstellen einer geeigneten Ätzmaske belichtet wird. Im vorliegenden ?all soll die Ätzmaske die gesyinte Metallschicht 12 außer an denjenigen Stellen bedecken, an denen die Met&llnchicht kontaktiert v/erden soll oder längs denen zwei oder mehrere elektrische Leitungszüge oder verschiedene aktive oder inaktive Zonen verbunden v/erden sollen. Nach der. !entfernen der Schablone, durch die das fotoresistive Material belichtet wird, und nach de:a Entwickeln des fotoresistiven riaterials wird das Ha Ib le it er bauelement aix einen für die Isolierungsschldit geeigneten Ätzmittel behandelt. Als Ätzmittel eignet sich beispielsweise gepufferte H? (ein Teil konzentrierter HP-Lösung ait 10 Volucrteilen einer ^OyJigen NH.if-Lösung), wenn es sich um Siliciu^idioxiä handelt. Aufgrund der Tatsache, da3 das Molybdän durch diejenigen Ätzmittel nicht angegriffen wird, die normalerweise zusi Ätzen der Isolierungsschichten verwendet werden, kann die Holybdänschichü auch als Ätzmaske verwendet werden, durch die die darunterliegende Isolierungsschicht bei diesen Yerfahrensschritt vor dem Ätzmittel geschützt' ist. Nach den Entfernen des fotoresistiven Materials weist die über die gesamte 3reitseite des Halbleiterbauelements ausgedehnte Isolierungsschicht 13 ein Penster 14 auf, durch welches äie Ketell-

schicht 12 sichtbar lot (IPi,;. 2f). A/..-;r;hl:.r..'.^;cr.r; .f.-;Ijt d<j:' Kontakt icrungtsschritt.

Pur die Kontaktierung kann ein gc ei gn ο to:; !-.Oworial vi·.; _<;;luminiura in einer inerten Atmosphäre wie Ar,~rn auf cio g^namoe ₍ Obcrfln.ehe eier Isolierungsschicht 13 in einer './eise nuf^ej dampft oder durch Zerstäubung aufgebracht wcrr.cn, daß das ι fenster 14 ausgefüllt und das aufgedampfte ".etc 11 mit der i j i-ietallsehicht 12 in Kontakt ist. Danach wird auf der Ober- j j fläche der Aluminiurr.schicht unter Verwendung eines f ο ιοί resistiven Materials und eines Ätzmittels eine Ätzmaske j gebildet. Zum Y/egätzen der unbedeckten Stellen der Aluminiumschicht eignet sich eine Lösung aus 76 Volumenprozent Orthoj phosphorsäure, 6 Volumenprozent Eisessigsäure, 3 Volumenprozent Salpetersäure und Ip Volumenprozent V.'asser. Las nach dem Ätzen zurückbleibende Xontaktmaterial 15 füllt das Fenster in der Isolierungsschicht 13 aus und bildet auf der Oberfläche der Isolierungsschicht 13 einen kleinen Streifen 16, an dem mittels üblicher Kontakt- oder Plattierungssittel elektrische Anschlüsse angebracht werden können, wenn es sich um Anschlüsse für integrierte Schaltkreise handeln soll.

Die neuerungsgeinäßen Halbleiterbauelemente und das Verfahren zu seiner Herstellung weisen gegenüber den bekannten Bauelementen und Verfahren beträchtliche Vorteile auf. Bei allen bekannten Herstellungsverfahren müssen zunächst die aktiven Zonen fertiggestellt v/erden, da die bekannten Kontaktmaterialien und Kontaktierungsverfahren nur zu Kontakten führen, die ohne daß sie und die benachbarten Isolierungen schädlich beeinflußt werden, nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt werden können, die zum Herstellen von aktiven Zonen (z.B. durch Diffusion) notwendig sind. Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens treten diese Nachteile dagegen nicht auf. Im Gegensatz zu den bekannten \^rerfuhren können elektrische Kontakte zwischen Teilen des gleichen Lauelementes odor zwischen Teilen verschiedener Bauelemente sowohl vor als auch während der Herstellung der aktiven Zonen angebracht werden, da die neueivungsgemäßen Kontakte die

hohen I^abrixa •uionstemperütui-en

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Bei der beschriebenen Ausiiihrunjr.form der !Teuerung kann nacheinander eine Vielzahl von Koreaktor:, die z;:~ elektrische Verbinden irgendwelcher Zonen eines Halbleiterkörper verwendet werden sollen, auf dem ein monolithischer, integrierter Schaltkreis aufgebaut wird, in die verschiedener» Schichten eingearbeitet werden, ohne da2 sie wirklich, miteinander verbunden werden, bevor es erwünscht ist. Ii'ur wur.n zv.'ei eich kreuzende Schichten elektrisch verbunden werden sollen, n;u3 dies geschehen, bevor die zuletzt niedergeschlagene Schicht bedeckt wird. Es ist jedoch nicht notwendig, einen bestimmten Leitungszug zu kontaktieren, bevor alle Schichten niedergeschlagen sind. Dies ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die durch eingebettete Metallschicht cn gebildeten Verbindungen nicht der umgebenden Atmosphäre ausgesetzt werden müssen und daher sehr gut gijgen Korrosion und gegen Reaktionen mit Gen Ätzmitteln während dei"· Fabrikation des Hijlbleiterbauelementes geschützt sind. Das gesagte Halbleiter bauelement braucht also erst nach seiner fertigstellung kontaktiert werden, und für die Kontaktierung ist es lediglich erforderlich, die Isolierungsschichten mit einea geeigneten Atzmittel wegzuätzen. Bei der Verwendung von Siliciumdioxid eignet sich hierfür als Ätzmittel gepufferte Flußsäure (ein Teil IIP und 10 Teile Ammoniumchlorid). Bei Verwendung von Siliciumnitrid oder Siliciumoxynitrid eignet sich als Atzmittel 85/Sige r Phosphorsäure. 3ei der Verwendung vnn Siliciumnitrid in Abwesenheit von Siliciumdioxid eignet sich schließlich auch Plußsäure.

In der ?ig. 3 ist ein Teil eines integrierten Schaltkreises mit drei nebeneinanderlicgenden Leitungssügen 20, 21 und 22 sov/ie mit einem I-.etullstrcifen 23 gezeigt, durch den öio-LöitungGzüge 20 und 22 zwischen ihren L'nakontükten 24 und 25 miteinander verbunden sind. Alle elektrischen Leiter unn

kontakte sind gegen aen liülblciweri-.örj.··:·:- ;o iooiier^. Die ünakoiitukte 24 und 2o sinu so hergestellt, wio es ir. letzten üJhriü-c des Arbeitsplans dar Pig. 1 bzw. in ?ij. 2 darjes^cllü ist. Bei dom Ausführunjsbeispiel uer Pi^;. 3 ist ai;2oraoüi die i-ietallschicht 23 durch eine dünne Isoiierungsschicht voa Leiter 21 getrennt.

Als weitere Ausführungshorn ist in Fig. 4 ein Kor. j ens at or gezeigt, üer Teil eines nono lit his eher., integrierten üchalticreises sein kann. Sr wird dadurch hergestellt, äa3 nach den Aufbringen einer Isoiierun^sschicht 32 auf einen iiiliciunkörper 33 auf der IsolierunGsschich« eine Metallschicht 30 (z.3. Molybdän) niedergeschlagen v/ird,die einen für die Kontaktierung geeigneten seitlichen Vorsprung 31 aufwcl st und durch Anvmnduns der entsprechenden, in den Fig. 1 und 2 dargestellten Verfahrenochritto in eine oasoMuen rechteckige i'orsi gebracht wird. Anschließend wird eine zweite Isolicrungsschicht 34 isit der gewünschten Dielelctrisitrltchonstsnte aufgebracht und auf dieser eine zv/eite Metallschicht 35 (-z.B.-Molybdän) niedergeschlagen, die im wesentlichen die gleiche i'ora und Größe wie die Meüallschichu 30 erhält. Die Metallschicht 35 erhält außerdem für die Kontaktierung einen seitlichen Vorsprung 36, der nicht oberhalb des Vorsprungs 31 angeordnet wii-d (I'ig. 4). Schließlich wird die Oberfläche dieses Bauelementes ^it einer über der Keöailschicht 35 liegenden dritten Isolierungsschicht versehen, durch die hindurch die Vorsprünge 31 bzw. 36 gemäß Pig. 1 und 2g mit je einem Xontakt 33 bzw. 37 versehen werden, so daß ein vollständig eingebetteter, leicht anschließbarer Kondensator als Teil eines integrierten Bauelements entsteht. Das Dielektrikum dieses Kondensators kann so gewählt werden, wie es für den Einzelfall erforderlich ist. Ebenso kann die Dicke des Dielektrikums deai Einzelfall angepaßt werden.

Der Kondensator nach ?ig. A ist ein Beispiel für die vielen verschiedenen Bauelemente und Uchaltirrciise, die erfindur.^sgesnäß hergestellt werden können. Durch Änaerun:; der Größe, der

C-Oi"ir.o-rie ur.:: der* Zahl r.or r.iioin.v.vicr vc-rV.unr:'-non r.iicr jojcr.cinundcr inolierten"Loitunjr:::üj-3 sov.'io d-jr ~:l-..".^i*-_3cl.: Üijonschaftcn der Isolierr.n.-oschichtcn können boicpinlcv.'o^;

werden, durch nie z.B. Informationen en-haItende Signale übertragen werden können. Drei derartige isr-liertc Icicor

sehe Impedanz von der zwischen der; Innen le it er und den ggf. geerdeten Außenleitern liegenden Kapazität r>ro Sinheitslän- und der Induktanz des sittleren Leiters pro liinheitslänge abhängt.

In der Pig. 5 ist ein Arbeitsplan zur Herstellung eines

neuerungsger.äaen Feldeffekttransistors gezeigt. Daneben zeigen die Fig. oa - 6h Schnitte durch den Halbleiterkörper des herzustellenden Feldeffekttransistors nach Abschlu3 des entsprechenden, aus der Pig. 5 hervorgehenden Yerfahrensschrittes.

Die Herstellung einer Vielzahl ähnlicher sistoren auf einen: einzigen Kalbleiterkörper beginn*« sit der Auswahl eines seeis^r*^öiori "onokristüllinen Siliciur.-körpers 30, der beispielsv/eise einen Durchmesser von 25 r.ra (1 Zoll) und eine Dicke von 25,ö ar. (1,04 Zoll) aufweist. Der Halbleiterkörper 30 wird zur. Herstellen des erwünschten Leitungstyps beispielsweise ait etwa 10 Phosphor- oder 3oratosien/c:a (Ji- oder P-Leitun^s-yp) dotiert. Anschließend wird auf dea Halbleiterkörper 30 eine Isolierun^sschicht 3"! gebildet. Wie in Beispiel nach Pij. 2 kann diese Isoiierun^sschicht aus Siliciumdioxid bestehen. Sie wird zwecknääijerweisc" durcn thermisches V/achstusi hergestellt, in de-« der Halbleiter-! körper etwa eine Stunde lang in einer trockenen Saucrstoffatnosphäre auf einer Temperatur von Π OO bis 1200 ⁰C gehalten wird. Durch pyrolytische lieaktion zwischen Siiuncn, Amcsoniok und Sauerstoff kann jedoch auf den Siliciurücörper, der dazu

auf etwa 1100⁰C erhitzt wird, auch

etwa 1000 S. dicke

Siliciumnitrid- oder Siliciunoxynitridschiciit niedergeschla-

j ;;e:i werden. Schließlich kcrnn oin^ ho 1 i<-■]·, ί. ;-.: >'r.;:!iv;_;-,j uio:i uor j obigen Schichten, boispiolrjwciou cin<j 1000 /' <tioi:o Schicht aus thermisch gowuschscnom Siliciumrtioxiu in Vorr/ir.:;ung nut einer 1000 A dicken Si..'rl ,-Schicht, vorwondet vrirden.

i.uch Ausbildung einer geeigneten Ifioli.-iruiijSoOhiühu 31 wird diese mit einer dünnen Metallschicht 32 aus boiapidbwe.ac j Molybdän oder V/oIfram überzogen, wie es die Pig. 5c zeigt.

j Anstelle von Molybdän oder V/oIfran können auch andere Metalle verwendet werden, die nit Siliciumoxid, Siliciumnitrid oder Siliciunoxynitrid bei Temperaturen zwischen etwa 1000 und 1500 C nicht reagieren und durch die üblicherweise zum Herstellen von Mustern in diesen Materialien verwendeten Ätzmittel, die meistens Hydrofluorsäure enthalten, nicht angegriffen werden.

Zur Herstellung eines Feldeffekttransistors wird die Metallschicht 32 durch Verv/endung photoresistiver Materialien und Ätzmittel in der oben beschriebenen Weise in die erwünschte Geometrie gebracht. Im vorliegenden Fall verbleibt von der Metallschicht 33 nur ein als Steuer-Elektrode dienender Abschnitt, der beispielsweise 50 Mikron breit sein kann. Nach dem Ausbilden der Steuer-Elektrode wird die gesamte Oberfläche des Ilalbleiterbauelementes mit einer zweiten Isolierungsschicht 34- überzogen, die in der Pig. 6e dargestellt ist. Während der folgenden Verfahrensschritte zum Fertigstellen des neuerungsgemaßen Feldeffekttransistors wird die zwischen den Isolierungs- und Passivierungsschichten 31 und 34 eingebettete Metallschicht nicht schädlich beeinflußt bzw. reagiert das Metall mit den Isolierungsmaterialien nicht derart, daß deren Isolierungs- und Passivierungseigenschaften·, verschlechtert werden oder verloren gehen.

Der nächste Verfahrensschritt bei der Herstellung des Feldeffekttransistors besteht darin, in die Isolierungsschichten

-κ-

31 und 34 Fenster 36 und 37 y.u ätr-.en, die zum Herstellen der Quellen- und Senkenzone des Feldeffekttransistors dienen. Dies geschieht zwockmäßigcrweir-.o dadurch, daß die gesamte Oberfläche der Isolievur.^rjschioht 34 r.'.i^J., oiner; fotoresistivea l-icteri;.il überzogen und riicscs αοΓ.,α mLfctols einer guigneten Schablone nur an den .'Hellen nicht belichtet wird, an denen die Quellen- und die Senkenzone ausgebildet werden sollen. Wie die Fig. 6 zeigt, ist das Halbleiterbauelement nicht radialsymmetrisch sondern längssymetrisch. Aus diesem Gruncio sind die Fenster 3ό und 37 nicht Ausschnitte von Ringsonen. Uachdom das fotoresiotivc I¹Ia serial entwickele und im Bereich der Fenster 36 und 37 entfernt ist, werden die darunter befindlichen Teile der Oxid-, iiitrid- oder Oxynitridschichten weggeätzt, bis der iiilioiumkb'rpcr freiliegt. Zum iOntfernen ues iiiliciumdioxidc oder des liiliciurnoxynitrids kann die oben beschriebene, gepufferte HF-Lösung verwendet werden, während bei Vorhandensein einer öiliciumnitridschicht als Ätzmittel eine wässrige, 85 Gewichtsprozent H-PO. enthaltende, auf etwa IbO⁰G erwärmte Lösung oder konzentrierte HF geeignet sind, ilach dem Wegätzen der Isolierungsschichten 31 .und 34 im Bereich der Fenster 36 und 37 besitzt das Halbleiterbauelement die in Fig. of dargestellte Form. Anschließend wird das Halbleiterbauelement in destilliertem Wasser gespült. Danach läßt man durch die Fenster 36 und 37 eine geeignete Verunreinigung in den Halbleiterkörper diffundieren, damit die oberflächennahen · Zonen des Halbleiterkörpers 30 veränderte Leitfähigkeitseigenschaften erhalten. Wenn beispielsweise der Halbleiterkörper 3D ursprünglich η-leitend ist, können nahe der Oberfläche zwei p-leitende Zonen 38 und 39 hergestellt v/erden, indem man durch die Fenster 36 und 37 in den Isolierungsschichten 31 und 34 Bor diffundieren läßt. Dies kann dadurch geschehen, daß über den auf eine Temperatur von 1100⁰C gebrachten Halbleiterkörper eine kontinuierliche Gasströmung geleitet wird, so daß das Bor aus einer gasförmigen Atmosphäre einüiffundiert. Die Gasströmung enthält beispielsweise

IT₀, ei no Mio chun,; von ο, 25 Vnlincnnmar.nt ⁿ/J].. ^n ;;t i c". ctn ff Lkiuerotoff und IL,, wobei"die Strörnun-;ogc::ch-.-.'ir.cji;;k2iter. fur es en stickstof Γ 1900 cmV^inute, für dio Mischung 1G00 c^/iiir.u-te, für den Sauerstoff 1 ex:?/Minute und für den Viosserstoff o,b cn /Ι·ιϊη betragen. Die Gasströmung wird et·.·/;.» cinu haibo stunde lang aufrechterhalten. V/ährend dieser Zeitspanne diffundiert 3or in die oberflächennahen Bereiche des oiliciumkörpers, so daß kleine Zonen 38 und 39 entstehen. Durch eine etwa Tp Sekunden dauernde Atzung wird dann das auΓ der Isolieru:i£sschieht 34- gebildete Borglas entfernt. Anschließend wird das gesamte Halbleiterbauelement mit einer etwa 2000 a

dicken Schutzschicht 35 aus SiO₂, trid überzogen.

oder Siliciumoxyni-

Das Halbleiterbauelement wird anschließend ausreichend lange auf einer Temperatur von etwa 110O⁰C gehalten, damit dos einüiffundierte Bor such nach den Seiten diffundiert und sich die Zonen 38 und 39 schließlich bis unter den mittleren Abschnitt der Metallschicht 33, die Gate-iSlektroae erstrecken. Bei einem Halbleiterbauelement, bei dem sich der Rami der Zonen 33 und 39 0,002t? mm (0,0001 Zoll) über den Hand der i-ietallschicht 33 hinausersteckt, ist eine 2rv/£rmun~sdauer von etwa 4 Stunden ausreichend. Ein Uberlappungsbereich von 0,005 mm (0,0002 Zoll) erfordert eine Erwärivangodauer von etwa 16 Stunden, da die benötigte Zeitspanne mit dem Quadrat der Überlappungslänge wächst. Während dieses ■Verfahrensschrittes entstehen eine Quellenzone 40 und eine Senken·· zone 4-1 mit einer Tiefe von etwa 20 S.

V/erm gemäß einer weiteren Ausführungsforn der Halbleiterkörper 30 p-leitend ist, dann können in ihm n-leitende Zonen 38 und 39 dadurch hergestellt.werden, daß der Halbleiterkörper etwa eine halbe Stunde lang auf etwa 1000⁰C gehalten wird, und zwar in einem Reoktionsgefäß, das ?_o0jenthält, welches bei dieser Temperatur verdampft und cit dea Halbleiterkörper unter Bildung von Zonen 33 und 39 reagiert,

«Aio stark rait Phnnphnr dotiert G Inc:. j)urch ίίου;·:Ί"1οη mit eier. Ljiliciurndioxid der Isoliorun.-^-nohicht Z> <\ ün';2toh: gleichzeitig eine Schicht ouo phosphorrc-' rv;r. Glas. Pieces Glos kann mit iiilfo eines A'tsnitteis ζπΐ;;ι··ι~οη :.iit ien überschüssigen PpO_r von der Oberfläche dos oiliciurnkörpors entfernt werden. Als Ätzr.ittel eignet sich eine Lösung cus ";5 cn konzentrierter IIP, TO cra^ konzentrierter IIXO, und 300 cnrHpO. Die Behandlungszeit beträft st v/a 15 bekunden, • anschließend wird mit destilliertem V/asser gespült. V/ie bei der Eindiffusion von Bor v/ird der Halbleiterkörper nach der llindiffusibn des Phosphors mix einer Isoiierungcsbhicht 35 überzogen. Anschließend v/ird der Halbleiterkörper in Gegenwart einer indifferenten Atmosphäre v/ie Argon entweder 4 oder 16 Stunden lang bei etwa 1100⁰C ausgeheizt, wobei sich Zonen 40 und 41 mit der oben angegebenen Geometrie bilden.

liach dem Herstellen der oberflächennahen Zonen 40 und 41 im Halbleiterkörper 30 wird unter Verwendung fotoresistiver Materialien und Ätzmittel ein bis zur Metallschicht verlaufendes fenster geätzt, wobei als Ätzmittel konzentrierte H? verwendet werden kann. Nach dem Ätzen ist durch ein fenster 42 in den Isolierungsschichten 34 und 35 ein Teil der Metallschicht 33 freigelegt. Ähnlich werden durch die Isolierungsschicht 35 Fenster 43 und 44 geätzt, ua einen Teil der Zonen 40 und 41 freizulegen. Anschließend kann die gesamte Oberfläche des Halbleiterbouelementes beispielsweise durch einen Aufdaapfschritt metallisiert werden. Schließlich wird unter Verwenaung von Ätzmitteln und aus fotoresistiven Materialien bestehende Masken auf der Metallschicht ein Küster ausgebildet, so daß nach dem Entfernen der erwünschten 3ereiche nur noch ein Kontakt 45 für die Quellenzone 40, ein Kontakt 46 für die Steuer-Elektrode 33 und ein Kontakt 47 für die Senkenzone 41 verbleibt.

Beim Betrieb des beschriebenen Ünhuncer.ent-Mode-Peläcffekttransistors erfolgt der Stroctransport zwischen den Zonen

40 und 41 nur durch einen schmalen, P- oder Π-leitenden Kanal, der durch Anlegen eines Potentials geeigneter Polarität an die Steuer-Elektrode 33 gebildet wird. Aus praktischen Erwägungen ist es erwünscht, daß der Kanal zwischen Quellenzone und Senkenzone möglichst kurz, dafür aber relativ breit ist. Die Steier-Elektrode ist daher etwas breiter, als es der Länge des Kanals entspricht und etwas länger, als es der Breite des Kanals entspricht. Aufgrund dieser Tatsachen werden zum Herstellen von Kontakten normalerweise "landing pads", d.h. an die aktiven Bereiche der Steuer-Elektrode angrenzende Zonen mit vergrößerten Dimensionen vorgesehen. In der nur schematischen Fig. 6 sind diese Kontakte nicht sichtbar.

Anhand der Fig. 5 und 6 sind Enhancement-Mode-Feldeffekttransistoren beschrieben, bei denen der Kanal zwischen Quellenzone und Senkenzone durch Anlegen eines Potentials an die Steuer-Elektrode geschaffen wird. Depletion-Mode-Feldeffekttransistoren, bei denen ein bestehender Kanal durch Verarmung der in ihm befindlichen Ladungsträger moduliert wird, kann ebenfalls neuerungsgemäß hergestellt v/erden. Hierbei ist es nicht notwendig, daß die Quellenzone und Senkenzone bis unter die Steuer-Elektrode ausgedehnt sind.

Zusammengefaßt wird anhand einiger Ausführungsbeispiele die Herstellung verschieden ausgebildeter Metallschichten aus gegenüber Ätzung widerstandsfähigen, nicht reagierenden Metallen wie Molybdän oder Wolfram beschrieben, die in Oxid-, Nitrid- oder Oxynitridschichten an Siliciumhalbleiterbauelementen eingebettet sind. Hierdurch können beispielsweise die Herstellungsverfahren für integrierte Schaltkreise oder integrierte Halbleiterbauelemente wesentlich vereinfacht werden. Die beschriebenen Kontakte sind während des Fabrikationsprozesses jederzeit leicht zugänglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß die Metallschichten in den integrierten Bauelementen schon vor der Fertigstellung der aktiven Elemente untergebracht werden können und erst am Ende des Fabrikationsprozesses kontaktiert oder miteinander verbunden werden brauchen.

Claims (7)

691S Schutzansprüche

1. Elektrisches Bauelement mit einem Halbleiterkörper, dessen eine Breitseite von einer Isolierungsschicht überzogen ist und mit einer auf der Oberfläche der Isolierungsschicht in einem vorgewählten Muster aufgebrachten Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Metallschicht (12) und den freien Oberflächenbereichen der ersten Isolierungsschicht (11) eine zweite Isolierungsschicht (13) aufgebracht ist und daß elektrische Kontakte (16) durch die zweite Isolierungsschicht (13) hindurch mit der Metallschicht (12) in Berührung sind.

2. Bauelement nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Siliciumkörpers und einer Metallschicht (12) aus Molybdän oder Y/olfram die Isolierungsschichten (11,13) aus Siliciumdioxid, Siliciumnitrid und/ oder Siliciumoxynitrid bestehen.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Isolierungsschichten (11,13) aus dem gleichen Material bestehen*

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer aus Isolierungsschichten (34) bestehenden Matrix zwei elektrisch voneinander isolierte Metallsohichten (30,35) eingebettet sind.

5. Bauelement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ketallschichten (30,35) zur Kc.stellung eines elektrischen Kondensators durch ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante voneinander isoliert sind.

6. Bauelement nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten (20,21,22) durch ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante voneinander isoliert sind und daß die Metallschichten und das dielektrische Material derart zueinander angeordnet sind, daß sie eine elektrische ■Übertragungsleitung bilden.

7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3t dadurch gekennzeichnet, daß in einen mit einer Isolierungsschicht (31) überdeckten Kalbleiterkörper (30) vom einen Leitungstyp eine Anzahl von an die Oberfläche grenzenden Zonen (40,41) vom entgegengesetzten Leitungstyp eingelassen sind und daß zwischen diesen Zonen auf der Oberfläche der Isolierungsschicht (31) eine von einer weiteren Isolierungsschicht (34) überdeckte Metallschicht (33) angeordnet ist.

Rei/Ho