DE10220578A1

DE10220578A1 - Bipolartransistor

Info

Publication number: DE10220578A1
Application number: DE2002120578
Authority: DE
Inventors: Josef Boeck; Martin Franosch; Herbert Schaefer; Reinhard Stengl; Thomas Meister
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Anstelle herkömmlicher Polysiliziumelektroden werden Silizium-Germanium-Schichten, insbesondere polykristalline Silizium-Germanium-Schichten (SiGe-Schichten), als Material zumindest für die Basiselektrode (2) zur Reduktion des Basiswiderstands verwendet, um somit eine niederohmige Anschlusselektrode zu erhalten. Ebenso ist der Einsatz von derartigen SiGe-Schichten als Emitterelektrode (1) oder als Kollektorelektrode möglich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bipolartransistor, welcher beispielsweise insbesondere in Form eines so genannten selbstjustierten Bipolartransistors ausgestaltet sein kann.
Bei Bipolartransistoren ist der so genannte Basisbahnwiderstand neben der Transitfrequenz und der Basis- Kollektor-Kapazität eine der entscheidenden Transistorparameter, welche wichtige Kenngrößen wie die maximale Oszillationsfrequenz, die Verstärkung ("Gain"), die minimale Rauschzahl, Gatterverzögerungszeiten etc. des Bipolartransistors bestimmen. Dabei entspricht der (nachfolgend kurz als "Basiswiderstand" bezeichnete) Basisbahnwiderstand dem Widerstand zwischen der Basis bzw. dem eigentlichen Basisbereich und einem externen Kontakt, welcher über eine Verbindungsleitung mit der Basis verbunden ist.
Hinsichtlich der zuvor erwähnten Transistorparameter gilt beispielsweise für die maximale Oszillationsfrequenz f_max des Bipolartransistors:
Dabei bezeichnet f_T die Transitfrequenz, R_B den Basiswiderstand und C_BC die Basis-Kollektor-Kapazität des Bipolartransistors.
Für die minimale Rauschzahl F_min eines Bipolartransistors gilt in Abhängigkeit von dem Basiswiderstand R_B und der Frequenz f:
Dabei bezeichnet β die Kleinsignal-Stromverstärkung, I_C den Kollektorstrom und V_T die thermische Spannung des Bipolartransistors.
Aus den oben dargestellten Formeln ist ersichtlich, dass der Basiswiderstand R_B vorzugsweise klein sein sollte. Besonders kleine Basiswiderstände können beispielsweise durch Anwendung des Konzepts des so genannten "selbstjustierten Doppelpolysilizium-Bipolartransistors" erzielt werden, wie es in "Self-Aligned Bopolar Transistors For High-Performance And Low-Power-Delay VLSI", T. H. Ning et. al., IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-28, No. 9. Seiten 1010-1013, 1981, beschrieben ist. Dieses Konzept findet daher in nahezu allen gängigen Produktionstechnologien für Höchstfrequenz- Bipolartransistoren Anwendung.
In der Figur ist ein derartiger selbstjustierter npn- Doppelpolysilizium-Bipolartransistor in Querschnittsansicht dargestellt. Der Emitter 3 wird über eine n⁺-dotierte Polysilizium-Elektrode 1 kontaktiert. Der p⁺-dotierten Basis 4 ist eine p⁺-Polysilizium-Elektrode zugeordnet. Die selbstjustierte Emitter-Basis-Isolation 7 wird als "Spacer" bezeichnet. Darüber sind unter der Emitterelektrode 6 eine TEOS("Tetraethoxysilan/Tetraethylorthosilikat")- Isolationsschicht 6 und unter der Basiselektrode 2 eine LOCOS("Local Oxidation Of Silicon")-Isolationsschicht 6 vorgesehen. In der Figur ist ebenfalls gestrichelt der Kollektorbereich 5 des Bipolartransistors (ohne Kollektorelektrode) angedeutet.
Bei einem selbstjustierten Doppelpolysilizium- Bipolartransistor der in der Figur dargestellten Art setzt sich der Basiswiderstand R_B im Wesentlichen aus drei Anteilen zusammen, die im Folgenden als "innerer" Widerstandsanteil R_Bi, als "externer" Widerstandsanteil R_Be und als "Link"- Widerstandsanteil R_Bl bezeichnet werden. Der innere Widerstandsanteil R_Bi entsteht durch den Widerstand im Basisgebiet 4 am aktiven Transistorbereich. Der externe Widerstandsanteil R_Be beschreibt den Widerstand der Polysilizium-Basiselektrode 2, welche zu dem externen Basiskontakt führt. Der Link-Widerstandsanteil R_Bl stellt den Basiswiderstand dar, welcher durch die niedrig dotierte Zone unter der selbstjustierten Emitter-Basis-Isolation, den Spacern 7, entstehen.
Bei heutigen Bipolartransistoren wird der gesamte Basiswiderstand R_B in der Regel durch die Summe aus dem inneren Widerstandsanteil R_Bi und dem Link-Widerstandsanteil R_Bl dominiert. Durch die fortschreitende laterale Skalierung der Bauteile können der innere Widerstandsanteil R_Bi und der Link-Widerstandsanteil R_Bl kontinuierlich reduziert werden. Der externe Widerstandsanteil R_Be wird hingegen immer größer, da die mit der lateralen Skalierung verknüpfte vertikale Bauteilskalierung immer dünnere Polysiliziumschichten als Anschlusselektroden erfordert und der Schichtwiderstand dieser Anschlussgebiete damit immer größer wird. Somit gewinnt der externe Widerstandsanteil R_Be für den gesamten Basiswiderstand R_B immer mehr an Bedeutung.
Um den Schichtwiderstand der Basiselektrode 2 möglichst gering zu halten, werden im Allgemeinen mit Bor dotierte Polysiliziumschichten mit möglichst großen Polysiliziumkörnern verwendet. Die Bordotierung wird dabei über der elektrisch aktivierbaren Konzentration gewählt, um den kleinstmöglichen Schichtwiderstand zu erzielen. Bei typischen Dotierungswerten größer als 5 × 10²⁰ cm^-3 und einer Schichtdicke von 150-250 nm können Schichtwiderstände von etwa 50-100 Ω/□ erzielt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bipolartransistor bereitzustellen, bei dem der Schichtwiderstand der Anschlusselektroden, insbesondere der Basiselektrode, reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Bipolartransistor gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei Bipolartransistoren anstelle herkömmlicher Polysiliziumelektroden Silizium- Germanium-Schichten, insbesondere polykristalline Silizium- Germanium-Schichten (SiGe-Schichten), als Elektrodenmaterial zu verwenden, um somit niederohmige Anschlusselektroden zu erhalten. Dabei ist sowohl ein Einsatz von derartigen SiGe- Schichten als Basiselektrode zur deutlichen Reduktion des Basiswiderstand als auch als Emitter- oder Kollektorelektrode möglich.

Vorzugsweise wird eine Elektrode aus polykristallinem Si_1-xGe_x verwendet, wobei typischerweise der Germaniumgehalt x zwischen 10% und 50% liegt.

Bei gleichen Abscheidebedingungen wie für reine Siliziumschichten können mit polykristallinen SiGe-Schichten ca. um den Faktor 3 niedrigere Schichtwiderstände als mit reinen Siliziumschichten erzielt werden. Dadurch können im Vergleich zu Siliziumschichten beispielsweise wesentlich geringere (Basis-)Widerstände erzielt werden oder bei gleichem (Basis-)Widerstand kann die Schichtdicke reduziert und somit die Bauteilskalierung fortgeführt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass SiGe-Schichten voll kompatibel zur Silizium-Prozesstechnik sind. Das SiGe- Materialsystem wird bereits seit mehr als zehn Jahren in der Siliziumtechnologie verwendet, wobei jedoch bei allen bisher bekannten Anwendungen der geringe Schichtwiderstand von SiGe nicht von Bedeutung ist. Darüber hinaus kann SiGe bei wesentlich niedrigeren Temperaturen (bei ca. 500°C) als reines Silizium polykristallin abgeschieden werden, so dass das Temperaturbudget im Gesamtprozess sehr niedrig gehalten werden kann.

Obwohl sich die vorliegende Erfindung primär auf Bipolartransistoren bezieht, ist grundsätzlich der Einsatz von SiGe-Schichten als Elektrodenmaterial bei jeder Transistorart, insbesondere auch bei TFT- oder MOS- Transistoren, denkbar.

Die Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die einzige Figur anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.

Hinsichtlich dieses Ausführungsbeispiels kann weitgehend auf die vorhergehenden Ausführungen zum Stand der Technik verwiesen werden. In der Figur ist - wie bereits zuvor erläutert worden ist - ein selbstjustierter npn- Bipolartransistor in Querschnittsansicht dargestellt.

Der Emitter 3 des Bipolartransistors wird über eine n⁺- dotierte Polysilizium-Elektrode 1 kontaktiert. Der p⁺- dotierten Basis 4 ist eine polykristalline p⁺-dotierte Si_1-xGe_x-Elektrode mit 0,1 ≤ x ≤ 0,5 zugeordnet. Spacer 7 sind als selbstjustierte Emitter-Basis-Isolation 7 vorgesehen.

Darüber hinaus sind unter der Emitterelektrode 6 eine TEOS- Isolationsschicht 6 und unter der Basiselektrode 2 eine LOCOS-Isolationsschicht 6 vorgesehen. In der Figur ist ebenfalls gestrichelt der Kollektorbereich 5 des Bipolartransistors (ohne Kollektorelektrode) angedeutet.

Selbstverständlich können alternativ oder zusätzlich auch die Emitterelektrode 1 und die Kollektorelektrode durch polykristalline SiGe-Schichten gebildet sein.

Claims

1. Bipolartransistor,
mit einem über eine Emitterelektrode (1) elektrisch kontaktierbaren Emitterbereich (3),
mit einem über eine Basiselektrode (2) elektrisch kontaktierbaren Basisbereich (4), und
mit einem über eine Kollektorelektrode elektrisch kontaktierbaren Kollektorbereich (5),
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Elektrode der Emitter-, Basis- und Kollektorelektroden (1, 2) Silizium-Germanium beinhaltet.

2. Bipolartransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (1, 2) aus polykristallinem Silizium-Germanium besteht.

3. Bipolartransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode aus Silizium_1-x-Germanium_x mit 0,1 ≤ x ≤ 0,5 besteht.

4. Bipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Basiselektrode (2) Silizium-Germanium beinhaltet.

5. Bipolartransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bipolartransistor ein selbstjustierter Bipolartransistor ist.