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DE2617293C3 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements

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DE2617293C3
DE2617293C3 DE2617293A DE2617293A DE2617293C3 DE 2617293 C3 DE2617293 C3 DE 2617293C3 DE 2617293 A DE2617293 A DE 2617293A DE 2617293 A DE2617293 A DE 2617293A DE 2617293 C3 DE2617293 C3 DE 2617293C3
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base
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emitter
doping layer
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DE2617293A1 (de
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Pravin Chandra Winchester Mass. Parekh (V.St.A.)
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Original Assignee
TRW Inc
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
Γ) eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines Transistors, mit wenigstens drei aktiven Zonen, bei dem eine erste Passivierungsschicht auf einer Oberfläche eines Halbleitcrscheibchens eines ersten Leilungstyps erzeugt und in der ersten Passivierungsschicht eine erste
■to öffnung ausgebildet wird, die die Oberfläche d<_-> Halblciterscheibchens innerhalb der ersten Öffnung freilegt, bei dem anschließend eine erste Dotierungsschicht eines dem ersten Leitiingstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyps in der ersten öffnung
<r> niedergeschlagen wird, die zur Eindiffusion von Dotierstoffen des zweiten Leitungstyps in das Halbleiterschcibchen dient, bei dem darauf eine erste Dotierstoff-Diffusionszone mit einem äußeren und einem kleineren inneren Teilbereich erzeugt wird, deren
w Konzentration und Eindringtiefe im äußeren Teilbereich größer als im inneren Teilbereich ist, und bei der zur Erzeugung einer zweiten Dotierstoff-Diffusionszone eine zweite Dotierungsschicht des ersten Leilungstyps auf dem inneren Teilbereich der ersten Dotierstoff-
y> Diffusionszone niedergeschlagen und aus ihr Dotierstoffe des ersten Leitungstyps innerhalb der ersten Dotierstoff-Diffusionszone in das Halblciterscheibchcn cindiffundiert werden.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 17 64 313
w) bekannt.
Zur Einstellung bestimmter Diffusionsprofile in Halbleiterbauelementen bedient man sich nach dem Stande der Technik häufig eines Oberflächenüberzugs aus Siliziumnitrid und Siliziumdioxid. Die Verwendung
b5 unterschiedlicher Oberflächenmaterialien ermöglicht eine selektive Diffusion von Dotierstoffen, z. B. Gallium und Antimon. In der Druckschrift Solid-State Electronics. Vol. 12, 1969, Nr. 12, Seiten 955 bis 962 sind
genauere Untersuchungen über die Verwendung von Siliziumnitrid als Maske bei der Phosphordiffusion angegeben.
Beim Aufbau von Transistoren sind üb'icherweise mehrere Diffusionsschritte unter Bildung von Dotierstoff-Diffusionszonen unterschiedlicher Leitungstypen auszuführen. Bei einem N PN-Transistor wird in die zuvor in das Substrat eindiffundierte P-Ieitende Basiszone die Emitterzone durch Diffusion mit Dotierstoffen wie Phosphor oder Arsen eingebaut. Wegen der hohen Oberflächenkonzentration des N-Ieitenden Emitter-Dotierstoffs entsteht an der Diffusionsfront ein sogenannter Emitter-Stoßeffekt, der einer Ausbildung der angestrebten einheitlich dünnen Basiszone entgegensteht. Der Emiiter-Stoßeffekt ist in »Physics and is Technology of Semiconductor Devices« von A. S. Grove, John Wiley & Sons, Inc. 1967, Seite 64 beschrieben. Der Emitter-Stoßeffekt führte bei her kömmlichem Aufbau der Basiszone in einem Diffusionsschritt zu verhältnismäßig ungleichmäßigen Grenzschichten im Bereich der PN-Übergänge. Dadurch konnte die Schichtdicke im Bereich der Basiszone bei Vermeidung eines Durchbruchs nicht so klein gemacht werden, wie dies an sich für Transistoren im Interesse extrem hoher Schaltgeschwindigkeiten und Frequenzen anzustreben ist.
Aus IBM-Technical Disclosure Bulletin, Vol. 10., August 1967, Nr. 3, ist es bekannt, den auch als »kooperative Diffusion« bezeichneten Emitter-Stoßeffekt durch einen gesonderten Diffusionsschritt im «1 Bereich der später einzubauenden Emitter-Diffusionszone zu kompensieren. Dieser zusätzliche Diffusionsschritt findet vor dem Einbau der wesentlich größeren Basiszone statt und führt bei Verwendung bestimmter Dotierstoffe zu einer Verzögerung der Diffusionsfront r> im Bereich unterhalb der durch den zusätzlichen Diffusionsschritt ausgebildeten Diffusionszone. Dieses bekannte Verfahren kann jedoch nur dann zu einer gleichmäßigen Basiszone führen, wenn die Emitterdiffusion als letzter Diffusionsschritl auf genau den der zusätzlichen ersten Diffusion entsprechenden Bereich eingegrenzt wird. Dies bedingt jedoch sehr genaue Maskierungen im Zuge der aufeinanderfolgenden Diffusionsschritte, wedurch der Herstellungsaufwand wesentlich erhöht wird. -r>
Zur Verbesserung der Widerstandscharakteristiken der Basiszone von Hochfrequenztransistoren verwendet man bevorzugt eine Basiszone mit inneren und äußeren Teilbereichen unterschiedlicher Dotierstoffkonzentration. Die äußeren und inneren Teilbereiche >o der Basiszone werden in getrennten, voneinander unabhängigen Diffusionsschritten erzeugt. Gemäß der DE-AS 17 64 313 kann dadurch auf eine zusätzliche und aufwendige Maskierung zwischen den die Teilbereiche der Basiszone erzeugenden Diffusionsschritten verzieh- τ> tet werden, daß in eine aus dotiertem Silziumdioxid bestehende Dotierungsschicht eine Öffnung eingebracht wird, deren Abmessungen dem inneren Teilbereich der Basiszone entsprechen, daß sodann in einem ersten Dotierungsschritt der äußere Teilbereich der wi Basiszone aus der darüberliegenden Dolierungsschicht dotiert wird und daß anschließend zur Herstellung des inneren Teilbereichs der Basiszone ein Dotierstoff durch die Öffnung in der Dotierschicht eindiffundiert wird. Danach wird in üblicher Weise die Emitterzone br> oberhalb es inneren Teilbereichs der Basiszone mit einem Dotierstoff des der Basiszone entgegengesetzten LeituriestvDS eindiffundiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines Hochfrequenztransistors anzugeben, mit dessen Hilfe unter Kompensation des Einitier-Stoßeffekts extrem dünne und gleichmäßige Basisschichten geschaffen werden können und das Dotierstoff-Konzentrationsprofil in den inneren und äußeren Teilbereichen der Basiszone in einem einzigen Diffusionsschritt eingestellt werden kann.
Ausgehend von dem Verfahren der eingangs angegebenen Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß zur Erzeugung der ersten Dotierstoff-Diffusionszone eine zweite Passivierungsschicht auf der ersten Dotierungsschicht niedergeschlagen wird, daß sodann in der zweiten Passivierungsschicht eine dem inneren Teilbereich der ersten Dotierstoff-Diffusionszone entsprechende zweite Öffnung ausgebildet wird, die einen Bereich der ersten Dotierungsschicht freilegt, daß sodann ein Teil der freigelegten ersten Dotierungsschicht gleichmäßig entfernt wird, daß daraufhin aus der ersten Dotierungsschicht die Dotierstoffe des zweiten Leitungstyps in das Halbleiterscheibchen eindiffundiert werden und daß dann die zweite Dotierungsschicht in der zweiten Öffnung niedergeschlagen wird.
Anders als beim Stande der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Dotierungsprofil zwischen dem inneren und äußeren Teilbereich durch teilweises Abtragen der ersten Dotierungsschicht im Öffnungsbereich und anschließende Diffusion der gesamten Basiszone eingestellt. Infolge der bereichsweise unterschiedlichen Schichtdicke der die gesamte Basiszone überziehenden Dotierungsschidn ergeben sich bei der Diffusion der Basiszone entsprechend unterschiedliche Dotierungskonzentrationen in den inneren und äußeren Teilbereichen der Bsis/.one. Insbesondere hat der innere Teilbereich der Basiszone, der unter der Emitteröffnung liegt, eine niedrigere Dotierstoffkonzentration und eine geringere Tiefe als der äußere Teilbereich, der unter den Passivierungsschichten liegt. Bei einer derart gebildeten Basiszone ergibt sich eine im wesentlichen auf den Bereich der Emitteröffnung begrenzte Emitterzone bei der nachfolgenden Emitterdiffusion, wobei die hohe Konzentration des Basisdotierstoffs im äußeren Teilbereich der Basiszone eine Seitendiffusion des Emitterdotierstoffs praktisch verhindert. Während der Emitterdiffusion wird der innere Teilbereich der Basiszone unterhalb der Emitteröffnung vor der Emitter-Diffusionsfront hergcschoben, ohne daß dabei die oben beschriebenen schädlichen Effekte herkömmlicher Verfahren auftreten.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der zweiten Passivierungsschicht unter Freilegen der Oberfläche des Halbleiterscheibchens eine Kontaklöffnung ausgebildet und ein elektrischer Kontakt mit dem Teilbereich der ersten Dotierstoff-Diffusionszone hergestellt wird, der eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweist.
Dabei ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß als Halbleiterscheibchen ein Siliziumscheibchen, verwendet wird, daß die erste öffnung als Basisöffnung und die erste Dotierungsschic^t als Basis-Dotierungsschicht verwendet wird, daß als zweite Passivierungsschicht eine Siüziumnitrid-Schicht verwendet wird, daß in der Siliziumnilridschicht gleichzeitig mit der als Emitteröffnung dienenden zweiten öffnung eine Basis-Kontakiöffnung gebildet
wird, die beule innerhalb der Grenze der Basisöffnung liegen, daß die Emitter- und Basiskontaktöffnungen mit einer dritten Passivierungsschicht überzogen werden, daß anschließend die Basis-Dotierungsschieht in der Kmitieröffnung freigebt wird, worauf das teilweise Entfernen der Basis-Dotierungsschicht und EindiffundiiTcn der Dotierstoffe aus der Basis-Dotierungsschichl L.i'olgt, daß als zweite Dotierungsschicht eine Emitterdoticru:.gasdicht verwendet wird, und aus ihr die Dotierstoffe in die Basis-Dotierstoff-Diffusiotiszone derart eindiffundiert werden, daß die Diffusionsfruni aus der E.nitter-Dotierungsschicht die Dotierstoffverleilung aus der BasisDotierungsschieht vor sich herschiebt und eine im wesentlichen gleichmäßige Grenzschicht zwischen der Basis-Dotierstoff-Dotierstoff-Diffusionszone und dem Siliziumscheibchen erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt dabei das Eindiffundieren von Dortierstoffen aus der Basis-Dotierungsschicht durch aufeinanderfolgendes Erhitzen des Siliziumschcibchcns bei einer Temperatur von etwa 10250C über 20 Minuten in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre und bei einer Temperatur von ebenfalls etwa 1025°C für 4 Minuten in einer Atmosphäre aus hydriertem Sauerstoff.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind das Siliziumscheibchen N-leitend und die Basis-Dotierungsschicht P-Ieitend, und es wird als zweite Passivierungsschicht eine über der Siliziumnitridschicht liegende Tetraäthylorthosilicatschicht verwendet.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Verfahrensschritte näher erläutert. Es zeigt:
f'ig. ! eine schematische Schnittansicht durch einen nach dem Stande der Technik hergestellten Transistor, wobei der Emitter-Stoßeffekt zu erkennen ist.
f: i g. 2 eine Schnittansicht durch ein Halbleiterbauelement in einer Stufe des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren nach der Bildung der Basisöffnung und dem nachfolgenden Niederschlagen der Basis-Doticrungs- und Passivierungsschichten.
F-" i μ. 3 eine Schniitansicht durch das in dadurch Γ i g. 2 dargestellte Halbleiterscheibchen nach der Durchführung weiterer Verfahrensschritie. nömlich dem Niederschlagen einer zusätzlichen Passivierungsschicht und dem Öffnen der Emitter- und Basis-Kontaktzonen.
F i g. 4 das Halbleiterscheibchen gemäß F i g. 2 und 3 nach der Diffusion der Basiszone, und
F i g. 5 das in F i g. 4 dargestellte Halbleiterscheibchcn mich der Diffusion der Emitterzone.
In F ι g. 1 ist eine Schnittansieht durch einen nach dem Stande der Technik behandelten und hergestellten Transistor gezeigt. Zu Erläuterungszwecken sei angenommen, daß das Halbleiterscheibchen 10 gemäß F i g. 1 N-leitend ist und die Kollektorzone eines Transistorchips dargestellt, das nach dem Stande der Technik hergestellt ist. Die Basiszone 11 wird in die N-Ieitende Zone 10 eindiffundiert und weist die ungleichmäßige Grenzschicht 12 auf, die auf einen Effekt zurückgeht, der als Emitter-Eintaucheffekt, Emitter-Stoßeffekt oder auch Effekt durch kooperative Diffusion bezeichnet wird. Der durch die unregelmäßige Grenzschicht 12 dargestellte Emitter-Stoßeffekt beruht auf der Diffusion der Emitterzone 13.
Der Emitter-Stoßeffekt umfaßt die verstärkte bzw. angereicherte Diffusion einer Diffusionsschicht in Zonen, in denen eine zweite Diffusionsschicht, z. B. die Eminerzone 13 hoher Konzentration in das Siliziumscheibchen 10 eindringt. Der Emitter-Stoßeffekt ist
deutlich in Transislorstrukturcn /u beobachten, zu deren Aufbau zwei aufeinanderfolgende Diffusions schritte erforderlich sind, wobei die EmiUcrdiffusion lypischei weise eine hohe Obeiflächenkonzcntralion zeigt. In dem in Fig. 1 gezeigten Transislorchip weist die Basiszone Il einen Dotierstoff des P-Leitungstyps. /. 15. Bor auf. Die Emitierzone 13 enthält einen DoiicrMoff des P-Lciiungstyps, z. B. Phosphor oder Arsen.
In Fig. 1 ist die Borverteilung sowohl unter der mit h'jYx: !\un/cntration cindiffundiciten Emitterzone 13 :i's juch in anderen Zonen des Halbleiterscheibchens 10 gezeigt Es ist dcialich zu sehen, daß die Emilterdiffusion in der /one 13 die unter ihr liegende Basiszone 11 während des Difiusionsvorgangs vor sich hergcsrhoben hat. Dadurch ergibt sich die unregelmäßige Übergangsgrenzschicht 12entsprechend Fig. 1.
Mögliche Gründe für die Entstehung des Emitter-Stoßeffekts gemäß F" i g. 1 sollen nachfolgend erläutert werden. Die wahrscheinlichste Ursache für die Entstehung des Emitter-Stoßeffekts gemäß Fig. 1 sind Gitterspannungen infolge der hohen Doiicrkonzentration. Unabhängig von der Ursache des Emitter-Sloßeffekts und der unregelmäßigen Gestaltung der Grenzschicht am Übergang 12 sind die schädlichen Konsequenzen dieses Effekts deutlich. Bei der Herstellung von Hochfrequenztransistoren ist man bestrebt, eine schmale oder dünne Basisschichi zu erzielen. Wegen des in Fig. 1 veranschaulichten Emitter-Stoßcffekts ist jedoch die Basisdickc in typischer Ausführung auf einen Wen von 2500 Ä für flache Diffusionsschritic begrenzt. Diese Beschränkung resultiert aus der ungleichmäßigen bzw unebenen Grenzschicht 12. da ein weiteres Eindiffundicren der Emitterzone 13 die Gefahr mit sich bringt, da 1,1 die Emitterzone 13 den zwischen der Basiszone 12 und dem restlichen Teil des Siliziumscheibchens 10 gebildeten PN-Übergang durchstößt oder in diesen eindringt Zweifellos würde hierdurch die Ausbeute derartiger Halbleiterbauelemente reduziert. Eine weitere angestrebte Eigenschaft von Hochfrequenztransistoren isi ein niedriger Basiswiderstand. Bei typischen Herste! lungsschritten wird eine P- -Diffusion ausgeführt, undcn Basiskontaktwiderstand und den Wert des Basis· v. iderstandes herabzusetzen. Dieses Erfordernis wird iir Hinblick auf den Emittcr-Sloßeffekt noch dringender da die durch die ungleichmäßige Grenzschicht Ii hervorgerufene Beschränkung zu einer Erhöhung de-Widerstandes der Basiszone führt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile besteher insbesondere darin, daß der Emitter-Stoßeffekt mil Hilfe einer Reihe von Herstellungsschritten kompensiert wird, welche die Ungleichmäßigkeit der Grenzschicht aufheben und nachfolgende Benandlungsschritu zur Verringerung des Basiswiderstandes überflüssig machen.
Im folgenden wird auf F i g. 2 der Zeichnung Bezug genommen, in der eine Schnittansicht durch eir Halbleiterscheibchen nach Durchführung einer erster Folge von Herstellungsschritten gezeigt ist. Eir Halbleiterscheibchen 20 eines vorgegebenen Leitungs typs ist vorgesehen. Obwohl der jeweilige Leitungstyf beliebig gewählt werden kann, ist die nachfolgends Beschreibung auf ein Halbleiterscheibchen 20 eine; N-Leitungstyps gerichtet. Der erste Schritt des erfin dungsgemäßen Verfahrens ist das Niederschlagen einei ersten Passivierungsschicht 21, die in typischer Ausfüh rung aus .Siliziumdioxid besteht. Die Ausbildung dei Siliziumdioxidschicht 21 kann mit Hilfe herkömmlichci
Verfahren erfolgen, ζ. Β. Aufheizen eines Substrats 20 auf eine Temperatur oberhalb von 1000°C in einer oxydierenden Atmosphäre, -vodurrh die Siliziumdioxydschicht 21 thermisch aufgewachsen wird. Alternativ können Organo-Oxy-Silane (Siliziumwasserstoffe) bei einer relativ niedrigen Temperatur von 700 bis 800°C zersetzt werden, wodurch eine Oxydschicht 21 auf der Oberfläche des Halbleiterscheibchens 20 niedergeschlagen wird.
Nach der Bildung der ersten Passivierungsschicht 21 wird eine öffnung 22 für die Herstellung der Basiszone ausgebildet. Zum Ätzen der Siliziumdioxydschicht 21 bedient man sich herkömmlicher photolithographischer Methoden. Die öffnung 22 kann beispielsweise dadurch gebildet werden, daß ein herkömmlicher Photolack auf der ersten Passivierungsschicht 21 angebracht, der Lack durch eine geeignete Maske belichtet und der Photolack sowie die Siliziumdioxydschicht 21 durch ein geeignetes Ätzmittel, z. B. Flußsäure geätzt wird.
Nachdem der Photolack in geeigneter Weise abgewaschen ist, muß der Basisdotierstoff auf die Basisöffnung 22 aufgebracht werden. Wegen des im beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehenen Leitungstyps des Scheibchens 20 muß der Basisdotierstoff P-leitend sein; ein typischer Basisdotierstoff ist Bor. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Bornitridblatt verwendet, wobei durch Niederschlagen des Bors eine Basis-Dotierungsschciht 23 aus Boroxyd auf der Basisöffnung 22 entsteht. Nach dem Niederschlagen der Basis-Dotierungsschicht 23 wird eine zweite Passivierungsschicht auf der Basis-Dotierungsschicht 23 niedergeschlagen. Wenn auch die zweite Passivierungsschicht 24 aus irgendeinem geeigneten Überzug bestehen kann, wird vorzugsweise bei dem beschriebenen Verfahren Siliziumnitrid als Passivierungsmaterial verwendet. Die Siliziumnitridschicht 24 kann beispielsweise dadurch gebildet werden, daß das Siliziumsubstrat 20 gemäß F i g. 2 einer Stickstoffatmosphäre ausgesetzt und einer Wärmebehandlung bei etwa 1250° C über 30 Minuten bis 1 Stunde unterzogen wird. In alternativer Weise läßt sich die siiiziumnitridschicht 24 dadurch ausbilden, daß ein Wasserstoffgas als Trägergas verwendet, ein Nitrid, z. B. Siliziumwasserstoff gemischt und im Trägergas mitgeführt wird und daß die Reaktion bei einer Temperatur von etwa 900 bis 1200° C bewirkt wird, wodurch eine Siliziumnitridschicht 24 auf der Basis-Dotierungsschicht 23 niedergeschlagen wird.
Da eine herkömmliche Photolackschicht als Maske zum Ätzen von Siliziumnitrid nicht besonders geeignet ist, wird eine Schicht 25 aus Tetraäthylorthosilicat (TEOS) auf der Siliziumnitridschicht 24 niedergeschlagen. Obwohl TEOS zur Markierung besonders gut geeignet ist, kann natürlich ein anderes Maskiermaterial verwendet werden, das die erforderliche Funktion adäquat erfüllt.
Im folgenden wird auf Fig.3 Bezug genommen, in der das Halbleiterscheibchen gemäß Fig.2 nach der Bildung einer Emitteröffnung 30 und Basiskontaktöffnungen 31 und 32 gezeigt ist Zur Bildung der Emitteröffnung 30 wird eine geeignete Maske verwendet, welche das Muster der in die Basiszone einzubauenden Emitterzone definiert Das Emittermuster wird entsprechend den Erfordernissen des herzustellenden Transistors gewählt Nach der Bildung der Emitteröffnung 30 und der Basiskontaktöffnungen 31 und 32 wird eine dritte Passivierungsschicht 26 aus TEOS auf der eesamten Oberfläche des Halbleiterscheibchens 20 niedergeschlagen. Die dritte Passivierungsschicht 26 dient zum Passivieren der Basis-Dotierunggsschicht 23 in den Kontaktöffnungen 31 und 32 während der Diffusion der Basiszone. Obwohl die dritte Passivierungsschicht 26 aus irgendeinem geeigneten Material bestehen kann, das die genannte Funktion erfüllt, wird vorzugsweise als Schichtmaterial TEOS verwendet. Der nächste Verfahrensschritt besteht in der Entfernung der dritten Passivierungsschicht 26 über der Emitteröffnung
ίο 30 unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Methoden. Nach Ausführung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte ergibt sich das in Fig. 3 veranschaulichte Halbleiterscheibchen 20, bei dem die Basisdotierschicht 23 in der Emitteröffnung 30 freiliegt, während der restliche Teil der Basis-Dotierungsschicht 23 auch innerhalb der Basisöffnung 22 von geeigneten Passivierungsschichten 24 und 26 abgedeckt ist. Nach dem erneuten öffnen der Emitteröffnung 30 unter Freilegen der Basis-Dotierungsschicht 23 aus Bor wird ein Abschnitt der Borhaut weggeätzt.
Nach dem Entfernen eines Abschnitts der Borhaut innerhalb der Emitteröffnung 30 wird das gesamte Scheibchen 20 einer geeigneten Wärmebehandlung unterworfen, um die Basizone innerhalb des Scheibchens 20 einzudiffundieren. Im Folgenden wird auf Fig.4 Bezug genommen, in der ein Halbleiterscheibchen nach der Eindiffusion der Basiszone 35 in das Scheibchen 20 gezeigt ist. Mit bei der Herstellung von Transistoren üblichen Methoden würde die Diffusionsfront der Basiszone im wesentlichen gleichmäßig, d. h. eben, und es entstünde eine ebene bzw. regelmäßige Übergangsgrenzschicht zwischen dem Scheibchen und der Diffusionszone. Wie in F i g. 4 zu sehen ist, wird eine unregelmäßige, d. h. gestufte Übergangsgrenzschicht 35 nach dem Eindiffundieren des Basisdotierstoffs in das Scheibchen 20 ausgebildet Die Übergangsgrenzschicht
35 begrenzt drei Abschnitte 36, 37 und 38 der eindiffundierten Basiszone. Die Abschnitte bzw. Zonen
36 und 38 der Basis-Diffusionsschicht wurden durch geeignete Passivierungsschichten 24 und 26 während des Diffusionsschritts überzogen. Dagegen liegt der Abschnitt 37 unter der offenen Emitteröffnung 30, und von ihm wurde vor dem Diffusionsschritt die Borhaut teilweise entfernt. Da die Diffusionsgeschwindigkeit eine Funktion der Konzentration ist, müssen die Abschnitte 36 und 38 wegen der höheren Konzentration des über diesen Abschnitten liegenden Basisdotierstoffs eine größere Diffusionstiefe haben. Bei einem typischen Diffusionsprozeß, bei dem der zuvor anhand Fig.4 erläuterte Effekt auftritt wird das Scheibchen zunächst auf eine Temperatur von 1025° C über 20 Minuten in einer Atmosphäre aus trockenem Sauerstoff und danach für 4 Minuten in einer hydrierten Sauerstoffatmosphäre erhitzt Das sich ergebende Diffusionsmuster gemäß
S5 Fig.4 zeigt daß der Abschnitt 37 eine niedrige Konzentration von P-leitenden Dotierstoffen als die anderen beiden Abschnitte 36 oder 38 hat. Da die Dotierstoffkonzentration in der Zone 37 geringer ist erreicht die Diffusion auch eine geringere Tiefe als diejenige der Abschnitte 36 oder 38.
Fig.5 veranschaulicht die letzten Schritte des Verfahrens. Nach der Diffusion der Basiszone 35 wird ein geeigneter N-Ieitender Dotierstoff in der Emitteröffnung 30 niedergeschlagen und unter Bildung der Emitterzone 40 in die Basiszone 35 eindiffundiert Wie anhand der F i g. 1 gezeigt wurde, bei der die Grenzschicht der Basiszone zunächst gleichmäßig war, führte der Emitter-Stoßeffekt bei der Eindiffusion der
Emitterzone 13 zu der unregelmäßigen bzw. unebenen Übergangsgrenzschicht 12. Wie dagegen in Fig.5 zu sehen ist, schiebt zwar die Diffusion der Emitterzone die Borverteilung vor sich her, jedoch ist der während des Prozesses beim Stande der Technik auftretende Emitter-Stoßcffckt im wesentlichen eliminiert. Die Emitter-Diffusionsfront 41 kann in unmittelbare Nähe der Grenzschicht der Basiszone 35 gelegt werden, wodurch die Basisschicht wesentlich dünner als nach dem Stande, d. h. dünner als 2500 Ä gemacht werden kann. Es lassen sich Basisdicken im Bereich von 1000 bis 1500 Ä erzielen. Da die Konzentration der Abschnitte 36 und 38 der Basiszone 35 höher als diejenige des Abschnitts 37 ist, werden Seitendiffusionen der Emitterzone 40 verringert, und es wird eine genauere Kontroll- und Steuermöglichkeit in bezug auf die Diffusionsrichtung der Emitterzone 40 geschaffen. Es ist zu sehen, daß die Herstellung einer Basiszone mit einem definierten Konzentrationsprofil zu einer Kompensation oder sogar Eliminierung des Emitter-Stoßeffekts und im Vergleich zum Stande der Technik zur Verringerung der Basisdicke führen kann.
Darüber hinaus bringt die Erfindung auch noch weitere Vorteile im Vergleich zu Herstellungsverfahren bekannter Art. Wie oben erwähnt, war bisher die Einführung einer ρ+-Zone in die Basiszone zur Verringerung des Basiswiderstandes erforderlich. Zusätzlich wird die Funktionsweise eines HF-Transistors dadurch optimiert, daß die Emitter-Diffusionsfront in die Nähe der p+-Zone gebracht wurde. Das erfindungsgemäße Verfahren schafft genau diejenigen Eigenschaften, welche bei der Herstellung von HF-Transistoren als vorteilhaft angestrebt werden. Da die Abschnitte 36 und 38 der Basiszone 35 Zonen hoher Dotierstoffkonzentration sind, erfolgt die Diffusion der Emitterzone 40 in unmittelbarer Nähe der Abschnitte 36 und 38 hoher Konzentration der Basiszone 35. Wegen der Konzentrationsvariationen werden der Einbau der ρ+ -Zone sowie Diffusionsschrilte überflüssig, welche nach dem Stande der Technik bei der Herstellung derartiger Bauelemente normalerweise erforderlich waren. Da der Einbau einer p+-Zone und der Diffusionsprozeß komplex und schwer zu steuern ist, führt die Vermeidung dieser Verfahrensschritte zu einer Erhöhung der erzielbaren Produktionsausbeute.
Die Erfindung gibt also ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von HF-Transistoren mit überlegenen Funktionscharakteristiken an. Da durch die Erfindung komplizierte Produktionsschritte überflüssig werden, werden auch wirtschaftliche Vorteile erreicht. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Verfahen ein Phänomen eliminiert, das nach dem Stande der Technik die Produktion von HF-Trarisistoren ungünstig beeinträchtigte.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines Transistors, mit wenigstens drei aktiven Zonen, bei dem eine erste Passivierungsschicht auf einer Oberfläche eines Halblciterscheibchens eines ersten Leitungstyps erzeugt und in der ersten Passivierungsschicht eine erste Öffnung ausgebildet wird, die die Oberfläche des Halbleiterscheibchens innerhalb der ersten Öffnung freilegt, bei dem anschließend eine erste Dotierungsschicht eines dem ersten Leitungstyp entgegengesetzten zweiten Leitungstyps in der ersten Öffnung niedergeschlagen wird, die zur Eindiffusion von Dotierstoffen des zweiten Leitungstyps in das Halbleiierscheibchen dient, bei dem darauf eine erste Dotierstoff-Diffusionszone mit einem äußeren und einem Kleineren inneren Teilbereich erzeugt wird, deren Konzentration und Eindringtiefe im äußeren Teilbereich größer als im inneren Teilbereich ist, und bei dem zur Erzeugung einer zweiten Dotierstoff-Diffusionszone eine zweite Dotierungsschicht des ersten Leitungstyps auf dem inneren Teilbereich der ersten Dotierstoff-Diffusionszone niedergeschlagen und aus ihr Dotierstoffc des ersten Leitungstyps innerhalb der ersten Dotierstoff-Diffusionszone in das Halbleiterscheibchen eindiffundiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der ersten Dotierstoff-Diffusionszone (36,37,38) eine zweite Passivierungsschicht (24, 25) auf der ersten Doticrungsschicht (23) niedergeschlagen wird, daß sodann in der zweiten Passivierungsschicht eine dem inneren Teilbereich (37) der ersten Dotierstoff-Diffusionszone (36, 37, 38) entsprechende zweite Öffnung (30) ausgebildet wird, die einen Bereich der ersten Dotierungsschicht (23) freilegt, daß sodann ein Teil der freigelegten ersten Dotierungsschicht (23) gleichmäßig entfernt wird, daß daraufhin aus der ersten Dotierungsschich! (23) die Doticrsioffc des zweiten Leitungstyps in das Halbleiterschcibchen eindiffundiert werden, und daß dann die zweite Dotierungsschicht in der zweiten Öffnung (30) niedergeschlagen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Passivierungsschicht (24, 25) unter Freilegen der Oberfläche des Halbleiterscheibchens (20) eine Kontaktöffnung (31, 32) ausgebildet und ein elektrischer Kontakt mit dem Teilbereich (36, 38) der ersten Dotierstoff-Diffusionszone hergestellt wird, der eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, zur Herstellung von Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiterscheibchen ein Siliziumscheibchen verwendet wird, daß die erste Öffnung als Basisöffnung und die erste Dotierungsschicht als Basis-Dotierungsschicht (23) verwendet wird, daß als zweite Passivierungsschicht eine Siliziumnitridschicht (24) verwendet wird, daß in der Siliziumnitridschichi (24) gleichzeitig mit der als Emitteröffnung dienenden zweiten Öffnung (30) eine Basis-Kontaktöffnung (31, 32) gebildet wird, die beide innerhalb der Grenze der Basisöffnung liegen, daß die Emitter- (30) und Basiskontaktöffnungen (31, 32) mit einer dritten Passivierungsschicht (26) überzogen werden, daß anschließend die Basis-Dotierungsschicht (23) in der Emitteröffnung (30) freigelegt wird, worauf das
teilweise Entfernen der Basis-Dotierungsschicht (23) und Eindiffundieren der Dotierstoffc aus der Basis-Dotierungsschicht (23) erfolgt, daß als zweite Doiicrungsschichi eine Emitter-Dotierungsschicht verwendet wird und aus ihr die Dotierstoffe in die Basis-Dotierstoff-Diffusionszone (36, 37, 38) derart cindiffundiert werden, daß die Diffusionsfron· aus der Emitter-Dotierungsschicht die Dotierstoffverteilung aus der Basis-Dotierungsschicht vor sich herschiebt und eine im wesentlichen gleichmäßige Grenzschicht zwischen der Basis-Dotierstoff-Diffusionszone (36, 37, 38) und dem Siliziumscheibchen (20) erzeugt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Eindiffundieren von Dotierstoffen aus der Basis-Dotierungsschicht (23) durch aufeinanderfolgendes Erhitzen des Siliziumscheibchens (20) bei einer Temperatur von etwa 10250C über 20 Minuten in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre und bei einer Temperatur von ebenfalls etwa 10250C für 4 Minuten in einer Atmosphäre aus hydriertem Sauerstoff erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumscheibchen (20) N-Ieitend und die Basis-Dotierungsschicht (23) P-Ieitend sind und daß als zweite Passivierungsschicht eine über der Siliziumschicht (24) liegende Tetraäthylorthosilicatschicht(25) verwendet wird.
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