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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bipolartransistor sowie
auf ein Verfahren zum Herstellen des Bipolartransistors, wobei der
Transistor eine epitaktische Basis in einem Substrat aufweist.
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Mit
steigender Integrationsdichte moderner mikroelektronischer Schaltkreise
ist es notwendig, daß die
integrierten Bauelemente, beispielsweise Bipolartransistoren, geringe
Abmessungen sowie gute elektrische Eigenschaften aufweisen, damit
die integrierten Schaltkreise einen geringen Raum einnehmen sowie
möglichst
verlustarm arbeiten. Mit steigenden Informationsraten ist es darüber hinaus
von Bedeutung, daß die
integrierten Bauelemente eine gute Hochfrequenzperformance aufweisen,
was beispielsweise durch eine Verringerung der parasitären Effekte
durch eine Verkleinerung des Basisbahnwiderstands eines Bipolartransistors
oder dessen Basis-Kollektor-Kapazität erzielt werden kann.
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Zum
Herstellen eines konventionellen Doppelpolysilizium-Bipolartransistors
mit epitaxierter Basis wird zunächst
auf einem Halbleitersubstrat, beispielsweise einem Siliziumsubstrat,
eine Basisschicht (Basis) im Normalfall epitaktisch selektiv abgeschieden.
Um die Basis in einem Emitterfenster eines Bipolartransistors abzuscheiden
und gleichzeitig einen selbstjustierten Anschluß an ein hochleitfähiges Basisanschlußpolysilizium,
das zum Kontaktieren der Basis benötigt wird, zu erhalten, wird
oft eine Opferschicht zwischen Substrat und Basisanschlußpolysilizium
in dem Emitterfenster unterätzt,
da das Abscheiden einer selektiv epitaktisch gewachsenen Basis in
einem Doppelpolysilizium-Bipolarprozeß gewöhnlich ein Vorhandensein der
Opferschicht über dem
Siliziumsubstrat in einem Bereich des Emitterfensters erfordert.
Um dieses Doppelpolysiliziumkonzept für epitaxierte Transistoren
zu verwenden, braucht man ferner eine selektive Abscheidung, die nur
an Siliziumoberflächen
aufwächst.
Durch Unterätzen
des Basisanschlußpolysiliziums
kann die Basis epitaktisch auf die Substratoberfläche aufwachsen, wobei
die so definierte epitaktische Basis (beispielsweise Siliziumgermanium,
SiGe) auch von unten an dem hochdotierten Basisanschlußpolysilizium
anwächst
(prinzipiell eignen sich aber auch andere Materialien und insbesondere
Silizium (ohne Germanium) wurde bereits eingesetzt). Dadurch erhält man einen
selbstjustierten Basisanschluß.
Problematisch dabei ist jedoch, daß das von unten an das Polysilizium
anwachsende (beispielsweise) SiGe polykristallin ist und irgendwann
an das auf das Siliziumsubstrat anwachsende epitaktische SiGe stößt, wodurch
sich eine Grenzfläche
dieser beiden Schichten ausbildet, die bezüglich einer Reproduzierbarkeit
eines Bipolartransistors sowie einer Stabilität desselben zu Problemen führen kann.
Epitaxierte Basen werden ferner fast ausschließlich als SiGe-Epaitaxie verwendet. Da
die SiGe-Basis auf dem Anschlußpolysilizium
polykristallin aufwächst
und auf dem Siliziumsubstrat kristallin aufwächst, wird die Grenzfläche des
SiGe-Polysiliziums zu den epitaktischen SiGe zu weiteren Problemen
führen,
wie beispielsweise einer schlechten Reproduzierbarkeit der elektrischen
Parameter eines so hergestellten Bipolartransistors und so beispielsweise
schlechten Matchingeigenschaften. Prinzipiell eignen sich aber auch
andere Materialien und insbesondere Silizium (ohne Germanium) wurde
bereits eingesetzt.
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Das
Vorhandensein der relativ dicken Opferschicht (70-150 nm) führt ferner
zu einem sehr hohen Emitterstapel, der prozeßbedingt ist. Insbesondere
in modernen BiCMOS-Technologien
führt der
hohe Emitterstapel zu Planarisierungsproblemen vor einer Kontaktlochätzung, wodurch
ferner einer Verringerung von Abmessungen eines derartigen Bipolartransistors
prozeßbedingte
Grenzen gesetzt sind. Ein weiterer Nachteil eines derartigen Ansatzes
zur Herstellung eines Bipolartransistors besteht darin, daß das Ausbilden der
notwendigen Opferschicht zu einer Verteuerung des Herstellungsprozesses
führt.
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Die
Abmessungen eines Bipolartransistors können verringert werden, wenn
in einem Herstellungsprozeß die
Opferschicht nicht ausgebildet wird. In der WO01/63644 A2 wird ein
Emitterkontaktloch durch eine hochdotierte implantierte Substratschicht geätzt. In
dem Emitterkontaktloch wird eine Basisschicht hergestellt. Allerdings
ist die mit diesem Verfahren erzeugte Basis-Kollektorkapazität groß, was zu
einer Verschlechterung der Hochfrequenzperformance des Bipolartransistors
führt.
Nachteilig an dem in der oben genannten Schrift offenbarten Bipolartransistor
ist ferner, daß bei
dem Herstellungsprozeß ein
Podest-Kollektor durch eine Implantation hergestellt werden muß, wodurch
die Herstellungskosten steigen.
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Die
US 6,319,786 B1 offenbart
ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors, bei dem in einem
N-dotierten Substratbereichs ein P+-dotierter Bereich ausgebildet
wird. Die gesamte Anordnung wird mit einer P-Siliziumschicht und
einer Isolationsschicht abgedeckt. In einem weiteren Schritt wird durch
die Isolationsschicht und durch die P-dotierte Siliziumschicht bis zu dem
stark P+-dotierten Bereich geätzt.
Danach werden in einen dadurch entstandenen Öffnung Spacer angeordnet und
es wird solange geätzt,
bis die P+-dotierte Schicht entfernt ist. In einem weiteren Verfahrensschritt
wird thermisch eine Diffusion aus der P-dotierten Siliziumschicht in die übrig gebliebenen
P+-Bereiche erzeugt,
um einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem stark P-dotierten
Silizium und den übrig
gebliebenen P+-Bereichen zu gewährleisten.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird in die Öffnung eine P-dotierte Siliziumschicht,
bei der es sich um eine Basisschicht handelt, eingebracht.
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Die
US 5 523 245 A offenbart
ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors, bei dem eine Basisschicht
selek tiv auf einer exponierten Epitaxieschicht ausgebildet wird,
wobei die Exponierung durch ein Wegätzen einer Polysiliziumschicht
52 erzeugt
wird. Nach der Wegätzung
der Polysiliziumschicht
52 entsteht ein ringförmiges Siliziumstück
52a.
In einem weiteren Schritt, in dem hohe Temperatur angewendet wird,
diffundieren eine p-Typ-Verunreinigung aus einer überhängenden
Portion
47a in das ringförmige Polysiliziumstück
52,
um einen Widerstand des ringförmigen
Polysiliziumstücks
zu senken. In einem weiteren Wärmebearbeitungsschritt diffundieren
die n-Typ-Verunreinigung und die p-Typ-Verunreinigung aus einer stark dotierten
Emitterelektrode und aus dem ringförmigen Polysiliziumstück in eine
epitaktische Basisschicht
53.
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Die
WO 01/63644 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von bipolaren
Transistoren im BICMOS-Verfahren für bipolare Einzelpolysilizium-Transistoren,
bei dem durch eine Basiskontaktschicht bis zu einem Kollektorbereich
ein Emitterkontaktloch ausgeätzt
wird. Anschließend
werden im Emitterkontaktloch die Basisschicht und der Emitter ausgebildet.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Bipolartransistor
mit guten elektrischen Eigenschaften und geringen Abmessungen zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors
mit in ein Substrat vergrabener epitaktischer Basis nach Patentanspruch
1, oder durch einen Bipolartransistor nach Anspruch 9 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird zum
Herstellen eines Bipolartransistors ein Halbleiter-Substrat mit
einer Substratoberfläche
bereitgestellt, und es wird auf der Substratoberfläche eine
Basisanschlußschicht
zum Bereitstellen eines Basisanschlusses ausgebildet. In der Basisanschlußschicht
wird ein Emitterkontaktfenster ausgebildet, das einen Wandbereich
aufweist und es wird ferner eine erste Abstandsschicht an dem Wandbereich
des Emitterkontaktfensters ausgebildet. In nerhalb eines durch die
erste Abstandschicht festgelegten Fensters wird eine Ausnehmung in
dem Halbleitersubstrat geätzt,
die lateral unter den Basisanschluss reicht, wobei in der Ausnehmung
des Emitter kontaktfensters eine Basisschicht ausgebildet wird. In
einem weiteren Schritt wird eine zweite Abstandsschicht auf der
ersten Abstandsschicht und auf der Basisschicht ausgebildet. Die
zweite Abstandsschicht wird zu einer Festlegung einer planaren Anschlußfläche auf
der Basisschicht strukturiert, und es wird auf der planaren Anschlußfläche eine Emitterschicht
ausgebildet.
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Der
erfindungsgemäße Bipolartransistor
umfaßt
somit ein Halbleiter-Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete
Basisanschlußschicht
sowie eine sich durch die Basisanschlußschicht bis in das Substrat
erstreckende Ausnehmung, die einen Bereich aufweist, der unter der
Basisanschlußschicht
angeordnet ist. Die erste Abstandsschicht ist an den Wänden der
Ausnehmung angeordnet, wobei in der Ausnehmung die Basisschicht
angeordnet ist. Auf der ersten Abstandsschicht und auf der Basisschicht
ist die zweite Abstandsschicht angeordnet, die auf der Basisschicht
eine planare Anschlußfläche festlegt, auf
der die Emitterschicht angeordnet ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Basisschicht
in einer Ausnehmung, die in das Halbleitersubstrat geätzt wird
und unter die Basisanschlussschicht reicht, epitaktisch abgeschieden
werden kann.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, daß eine polykristalline/monokristalline-Grenzschicht
innerhalb der erfindungsgemäß epitaxierten
Basis vermieden wird, wodurch eine höhere Prozeßstabilität erreicht wird. Darüber hinaus
wird dadurch eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit der elektrischen
Parameter erzielt, wodurch ferner eine definierte Festlegung der
elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bipolartransistors erreicht
wird.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die epitaktische
Basis vorzugsweise in einem Siliziumsubstrat vergraben wird und ferner
beispielsweise in einen in das Substrat naßchemisch geätzten Graben
abgeschieden wird. Dadurch kann die Höhe des Emitterstapels um etwa
100 nm verringert und gleichzeitig ein Anwachsen der SiGe-Basis
nur an kristallinen Siliziumgebieten erreicht werden, wodurch die
Grenzfläche
des SiGe-Polysilizium zum epitaktischen SiGe entfällt. Dadurch
wird eine Verringerung der Abmessungen des erfindungsgemäßen Bipolartransistors
erreicht. Gleichzeitig wird die bereits erwähnte Grenzschicht vermieden, so
daß mit
einer Erzielung der genannten Vorteile keine Steigerung bzw. sogar
eine Verringerung der Herstellungskosten einhergeht. An dieser Stelle
sei angemerkt, daß es
sich bei der epitaxierten Basis, wie es bereits erwähnt worden
ist, nicht unbedingt um SiGe handeln muß.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Bipolartransistor
in hochintegrierte BiCMOS-Prozesse vereinfacht integriert werden
kann, wodurch die Herstellungskosten weiter gesenkt werden.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Bipolartransistor
vorzugsweise in bereits bestehenden oder auch zukünftigen
Bipolar/BiCMOS-Technologien realisiert werden kann, wodurch zu dessen
kein zusätzlicher
Technologieprozeß entwickelt
oder eingesetzt werden muß,
was zu einer weiteren Senkung der Herstellungskosten führt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Bipolartransistor gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 Beispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Bipolartransistors gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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7 ein
weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Bipolartransistors gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Der Bipolartransistor weist ein Halbleitersubstrat 101 auf,
das eine Substratoberfläche 1011 umfaßt. Auf
der Substratoberfläche 1011 ist
eine Basisanschlußschicht 103 angeordnet.
Auf der Basisanschlußschicht 103 ist
in diesem Ausführungsbeispiel
eine Isolationsschicht 105 angebracht. Die Substratoberfläche 1011 bildet
ferner eine obere Grenze für
eine Diffusionsschicht 107, die sich in das Halbleitersubstrat 101 erstreckt
und an die Basisanschlußschicht 103 angrenzt.
Der in 1 dargestellte Bipolartransistor weist ferner
eine Ausnehmung 109 auf, die sich durch die Basisanschlußschicht 103 bis
in das Substrat 101 erstreckt. Aufgrund der in diesem Ausführungsbeispiel
vorhandenen Isolationsschicht 105 und der Diffusionsschicht 107 erstreckt
sich die Ausnehmung 109 sowohl durch die Isolationsschicht 105 als
auch durch die Diffusionsschicht 107. An den Wänden der
Ausnehmung 109 ist eine erste Ab standsschicht 111 angeordnet,
die seitlich die Basisanschlußschicht 103 jeweils
abschließt.
Die erste Abstandsschicht 111 ist derart ausgebildet, daß sie seitlich
auch die Isolationsschicht 105 abschließt. In der Ausnehmung 109 ist
eine Basisschicht 113 in einem Bereich der Ausnehmung 109 angeordnet,
der die erste Abstandsschicht 111 nicht aufweist. Auf der
ersten Abstandsschicht 111 sowie auf der Basisschicht 113 ist
eine zweite Abstandsschicht 115 ausgebildet, die eine planare
Anschlußfläche 117 festlegt.
Die planare Anschlußfläche 117 ist
derart ausgebildet, daß sie
einen Bereich der Basisschicht 113 nicht bedeckt. Auf der
planaren Anschlußfläche 117 ist
eine Emitterschicht 119 angeordnet, die derart ausgebildet
ist, daß sie
einen von der zweiten Abstandsschicht 115 begrenzten Bereich
der Ausnehmung 109 ausfüllt.
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Im
folgenden wird ein Aufbau des in 1 dargestellten
erfindungsgemäßen Bipolartransistors detailliert
erläutert,
wobei nachfolgen auf einen npn – Bipolartransistor
eingegangen wird. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, daß die folgenden
Beschreibungen sowie Ausführungsbeispiele
bei einer Vertauschung der jeweiligen Dotierung auch für pnp – Bipolartransistor
gültig
sind.
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Bei
dem Halbleitersubstrat 101 handelt sich beispielsweise
um ein monokristallines Silliziumsubstrat, das eine n-Dotierung aufweist.
Es kann sich bei dem Substrat 101 jedoch auch um ein p-Siliziumsubstrat
handeln, auf die man eine dicke (0.3 – 1μm) n-Epitaxie aufwächst. D.h.,
dass unter der Basis n-Silizium ist, allerdings auf p-Substrat.
Diese Konstruktion dient zur Isolation der Kollektoren (pn-Isolation).
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Die
Dotierung kann in dem gesamten Halbleitersubstrat 101 homogen
sein oder sie folgt beispielsweise einem Dotierungsgradienten, so
daß das Halbleitersubstrat 101 Bereiche
mit einer unterschiedlichen Dotierungskonzentration aufweist. Das Halbleitersubstrat 101 bildet
in diesem Ausfüh rungsbeispiel
einen Kollektor des erfindungsgemäßen Bipolartransistors. Die
Basisschicht 113 ist beispielsweise ein p-dotiertes SiGe,
das in der weiteren Ausnehmung 109 derart angebracht ist,
daß sie
die Basisanschlußschicht 103,
die beispielsweise ein hoch p-dotiertes Polysilizium ist, nicht
berührt.
Eine Trennung der Basisschicht 113 von der Basisanschlußschicht 103 wird
durch die erste Abstandsschicht 111 erzielt, die an den
Wänden
der weiteren Ausnehmung 109 angeordnet die Basisanschlußschicht
seitlich versiegelt. Da sich die Basisanschlußschicht 103 und die
Basisschicht 113 nicht berühren, kann sich keine polykristalline
Grenzschicht zwischen der Basisschicht 113 und der Baasisanschlußschicht 103 ausbilden,
so daß die
in diesem Zusammenhang obenstehend beschriebenen Probleme bei dem
erfindungsgemäßen Bipolartransistor
nicht auftreten.
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Normalerweise
verwendet man ein p-Siliziumsubstrat, auf die man eine dicke (0.3 – 1μm) n-Epitaxie
aufwächst.
D.h., dass in der Tat unter der Basis n-Silizium ist, allerdings
auf p-Substrat. Diese Konstruktion dient zur Isolation der Kollektoren
(pn-Isolation).
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Die
Basisschicht 113 ist gemäß dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
in dem Halbleitersubstrat 101 vergraben, ohne daß eine Zwischenschicht
zwischen dem Halbleitersubstrat 101 und der Basisschicht 113 eingeführt ist.
Die zweite Abstandsschicht 115 ist derart auf der ersten
Abstandsschicht und auf der Basisschicht angeordnet, daß auf der
Basisschicht 113 eine planare Anschlußfläche festgelegt ist, so daß die Emitterschicht
in einem definierten Bereich, der durch die planare Anschlußfläche 117 definiert
ist, mit der Basisschicht verbunden ist. Die Emitterschicht 119 ist
beispielsweise als ein n-dotiertes Poly oder Monosilizium ausgeführt und
füllt in
diesem Ausführungsbeispiel
die Ausnehmung aus. Die Isolationsschicht 105, die auf
der Basisanschlußschicht 103 angeordnet
ist, verhindert dabei, daß die Emitterschicht 119 die
Basisanschlußschicht 103 be rührt. Zum
leitfähigen
Verbinden der Basisanschlußschicht
mit der Basisschicht ist in dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
die Diffusionsschicht 107 ausgebildet, so daß eine leitfähige Verbindung über die
Diffusionsschicht 107 hergestellt wird. Die Diffusionsschicht 107 wird
von einem Dotierstoff gebildet, der aus der beispielsweise p-dotierten
Basisanschlußschicht 103 ausdiffundiert
ist, was beispielsweise durch eine thermische Bearbeitung des Bipolartransistors
realisiert werden kann. Da zwischen der Basisschicht 113 und
der Basisanschlußschicht 103 keine
polykristalline Grenzschicht ausgebildet ist und die eine leitfähige Verbindung
zwischen der Basisschicht 113 und der Basisanschlußschicht 103 mit Hilfe
der Diffusionsschicht 107 hergestellt ist, ist ein Übergangswiderstand
zwischen der Basisschicht 113 und der Basisanschlußschicht 103 gering.
Darüber
hinaus ist auch eine Basis-Kollektorkapazität gering, weil die Basisanschlußschicht 103 größtenteils auf
einer shallow trench Isolation (STI) liegt.
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Wird,
die zweite Abstandsschicht 115 beispielsweise aus einem
Oxid oder Nitrid hergestellt, so kann eine Ausdiffusion des Dotierstoffs
der Basisanschlußschicht 103 beispielsweise
in die Emitterschicht 119 verhindert werden.
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Der
Spacer (erste Abstandsschicht) 111 dient primär dazu,
zu verhindern, dass die selektive Epitaxie auch seitlich an das
Basisanschlusspolysilizium anwächst.
Im konventionellen Doppelpolyprozess kann dieser Spacer nach der
Epitaxie sogar wieder entfernt werden. Die eigentliche Isolation
von Basis- und Emitterpoly geschieht dann durch den L-förmigen Spacer
(zweite Abstandsschicht) 115.
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Wenn
man das Basispoly beispielsweise nasschemisch unterätzt, entsteht
zwischen dem Anschlußpoly
und im Substrat (z.B. Siliziumsubstrat) eine Stufe und das Fenster
ist im Substrat breiter, wie es in 1 angedeutet
ist.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Dabei wird ein schematischer Prozeßfluß einer Doppelsilizium-Bipolartechnologie
mit einer epitaktischen Basis unter Verwendung einer anisotropen
Si-Ätzung aufgezeigt.
Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind dabei durch
die 2a–2h verdeutlicht.
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2a zeigt die ersten Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst
wird das Halbleitersubstrat 101 bereitgestellt, auf dessen
Oberfläche 1011 die
beispielsweise hochdotierte Basisanschlußschicht 103 (Polysiliziumschicht,
Basisanschlußpoly)
abgeschieden wird. Auf der Basisanschlußschicht 103 wird
ferner die Isolationsschicht 105 abgeschieden, die beispielsweise
aus SiO2 besteht. Danach wird ein Emitterfenster 201 durch
die Isolationsschicht 105 und durch die Basisanschlußschicht 103 geätzt, wie
es in 2b dargestellt ist. Das so ausgebildete
Emitterfenster 201 ist somit auch in der Basisanschlußschicht 103 ausgebildet und
erstreckt sich bis zu dem Substrat 101, wobei das Emitterfenster 201 seitlich
einen Wandbereich aufweist. In einem weiteren Verfahrensschritt,
der in 2c dargestellt ist, wird die
erste Abstandsschicht 111 (Innenspacer) an dem Wandbereich
des Emitterfensters 201 beispielsweise durch Abscheiden
und Ätzen
ausgebildet. In einem weiteren Verfahrensschritt, der in 2d dargestellt ist, wird beispielsweise
durch ein anisotropes Trockenätzen
in das Siliziumsubstrat 101 eine Ausnehmung 203 innerhalb
eines durch die erste Abstandsschicht festgelegten Fensters geätzt. Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird in einem in 2e dargestellten
Schritt die Ausnehmung 203 durch eine Naßätzung, die
isotrop oder anisotrop sein kann, geätzt, so daß die Basisanschlußschicht 103 unterätzt wird.
Dadurch sind beispielsweise bei einem (100)-Si ein V-Graben definiert,
der sich invers unter dem Anschlußpolysilizium 103 bildet.
In einem in 2f dargestellten weiteren
Verfahrensschritt wird in der Ausnehmung 203 die Basisschicht 113 durch
ein epitaktisches Abscheiden mit einer selektiven Epitaxie ausgebildet.
Aufgrund der ersten Abstandsschicht 111 wird die Basisschicht 113 derart
erzeugt, daß sie nach
einer Vervollständigung
des in 2f dargestellten Verfahrensschrittes
zwischen der Basisschicht 113 und der Basisanschlußschicht 103 keine polykristalline
Grenzschicht ausgebildet wird. In den in 2g dargestellten
Verfahrensschritten wird die Abstandsschicht 115 (zweiter
Spacer) durch Abscheiden auf der ersten Abstandsschicht 111 und
auf der Basisschicht 113 ausgebildet. In einem weiteren Schritt
wird die zweite Abstandsschicht 115 zu einer Festlegung
der planaren Anschlußfläche 117 auf
der Basisschicht 113 strukturiert. Die Diffusionsschicht 107 wird
beispielsweise nach dem epitaktischen Abscheiden der Basisschicht 113 (Epitaxie)
durch eine Ausheilung beispielsweise mit Hilfe einer Temperaturbehandlung
des hoch p-dotierten Polysiliziums 103 ausgebildet. Durch
ein Ausdiffundieren des Dotierstoffs aus der Basisanschlußschicht 103 wird
dadurch eine leitfähige
Verbindung zwischen der Basisschicht 113 und der Basisanschlußschicht 103 hergestellt.
In einem weiteren Verfahrensschritt, der in 2h gezeigt
ist, wird die Emitterschicht 119 auf der planaren Anschlußfläche ausgebildet,
wobei in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
die Emitterschicht 119 durch ein Abscheiden eines Polysiliziums
derart ausgebildet wird, daß die
Emitterschicht 119 einen durch die zweite Abstandsschicht 115 sowie
durch die Basisschicht 113 definierten Raum ausfüllt. Die
Isolationsschicht 105 verhindert dabei, daß die so
erzeugte Emitterschicht die Basisanschlußschicht 103, die
zum Bereitstellen eines Basisanschlusses ausgebildet ist, berührt.
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Durch
ein Anätzen
des Substrats 101 im Bereich des Emitterfensters 201 ohne
Verwendung einer Opferschicht zwischen Substrat 101 und
Basisanschlußpoly 103 kann
man durch beispielsweise eine anisotrope Naßätzung die bereits erwähnte V-förmige Unterätzung unter
das Anschlußpolysilizium 103 erreichen.
Auf die so definierte, vergrabene Substratoberfläche, wie sie durch die Ausnehmung 203 definiert
wird, kann man nun wieder die Basis 113 epitaxieren. Wird
bei spielsweise das hoch p-dotierte Anschlußpolysilizium 103 erst
nach der Epitaxie ausgeheilt, so wird der Dotierstoff, der in dem
Anschlußpolysilizium 103 enthalten
ist, in das Siliziumsubstrat 101 und seitlich in die SiGe-Epitaxie
(Basisschicht 113) eingetrieben. Durch diese Prozeßführung wird
zum einen eine Stapelerhöhung
durch die Opferschicht vermieden, zum anderen wird eine Ausbildung
der bereits erwähnten
Grenzflächen
zwischen SiGe-Poly und dem epitaktischen SiGe verhindert. Die Ausnehmung 203 und
das Emitterfenster 201 bilden ferner die in 1 dargestellte
weitere Ausnehmung 109.
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3 zeigt
ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors
Dabei wird ein schematischer Prozeßfluß einer Doppelpolysilizium-Bipolartechnologie
mit einer epitaktischen Basis unter Verwendung einer isotropen Si-Ätzung aufgezeigt.
Die einzelnen Schritte des Verfahrens sind dabei durch die 3a–3f verdeutlicht.
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Im
Unterschied zu den in 2e dargestellten
Verfahrensschritten wird bei dem in 3e gezeigten
Verfahrensschritt die Ausnehmung 203 isotrop durch ein
Naßätzen in
das Siliziumsubstrat 101 naßchemisch nachgeätzt, wobei
hierdurch keine V-förmige
Unterätzung
unter das Anschlußpolysilizium 103 ausgebildet
wird. Das Anschlusspolysilizium kann aber bei diesem Verfahren isotrop
unterätzt werden.
In einem in 3f dargestellten Verfahrensschritt
wird in der so ausgebildeten Ausnehmung 203 die Basis 113 durch
ein epitaktisches Abscheiden mit einer selektiven Epitaxie ausgebildet.
Die Anwesenheit der ersten Abstandsschicht 111 verhindert
dabei, daß die
Epitaxie 113 das Anschlußpolysilizium 103 berührt. Die
Epitaxie wird so vollständig
in dem monokristallinen Siliziumsubstrat 101 vergraben,
wobei die Basisschicht 113 im wesentlichen in einem durch die
Wände des
Emitterfensters 201 definierten vertikalen Bereich ausgebildet
ist. In einem weiteren Schritt, der in 3g dargestellt
ist, wird die zweite Abstandsschicht 115 auf der ersten
Abstandsschicht 111 und auf der Basisschicht 113 beispielsweise durch
Abscheiden und Ätzen
ausgebildet, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt die planare
Anschlußfläche 117 freigelegt
wird. Durch das Ausheilen der Basisanschlußschicht 103 wird,
wie es bereits im Zusammenhang mit dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
erläutert
worden ist, die Diffusionsschicht 107 ausgebildet, so daß die Basisanschlußschicht 103 mit
der Basisschicht 113 leitfähig verbunden ist. Die erste
Abstandsschicht 111 verhindert dabei, daß sich eine
weitere polykristalline Grenzschicht ausbildet, die zu einer Verschlechterung
der Eigenschaften des so hergestellten Bipolartransistors führen würde.
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Analog
zu einer anisotropen Ätzung
kann man ebenfalls nach einer Substratätzung beispielsweise mittels
einer Trockenätzung
isotrop, naßchemisch
nachätzen.
Dadurch wird eine Glättung
eines so trockengeätzten
Emitterfensterbodens, der durch die Ausnehmung 203 definiert
ist, erreicht, auf den dann die Basis 113 epitaxiert werden
kann. Dieser Verfahrensschritt wird ohne oder mit isotroper Unterätzung des
Basisanschlußpolysiliziums 103 durchgeführt. Bei
der erwähnten
isotropen Siliziumätzung wird
beispielsweise durch eine heiße
SCl-Reinigung (H2O/NH4OH/H2O2) das Silizium
leicht aufoxidiert und beispielsweise in einem folgenden DHF-Dip
entfernt. Dabei werden beispielsweise 3-4 nm Silizium konsumiert.
Diese Sequenz kann dann beliebig oft wiederholt werden, bis ein
gewünschter Ätzabtrag
erreicht ist.
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Vorzugsweise
kann ein Bipolartransistor durch einen Prozeßfluß zu einer Erzeugung eines selbstjustierten
Polyemitter-Bipolartransistors in einer Doppel-Poly-Technologie
durch anisotropes Unterätzen
des Basisanschlußpolysiliziums
hergestellt werden. Analog kann man jedoch ohne eine Unterätzung des
Polysiliziums die epitaktische Basis durch eine Kombination bestehend
aus einer anisotropen Trockenätzung
und einer isotropen Naßätzung in
das Substrat vergraben.
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4 zeigt
in einer Vergrößerung drei
Verfahrensschritte, die bereits im Zusammenhang mit dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
diskutiert worden sind.
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4a korrespondiert mit dem in 2e dargestellten Verfahrensschritt, bei
dem eine anisotrope Unterätzung
der Basisanschlußschicht 103 ausgebildet
ist. In einem Verfahrensschritt wird zunächst eine Trockenätzung durchgeführt, die
einen Bereich freilegt, der durch die Ätzkanten 401 begrenzt
ist. In einem weiteren Schritt wird durch die anisotrope Unterätzung ein Ätzprofil 203 ausgebildet.
In den in 4b dargestellten Verfahrensschritten
wird dann die Basisschicht 113 (Epitaxie, beispielsweise SiGe)
sowie die zweite Abstandsschicht 115 (Innenspacer) ausgebildet.
Es ist in 4b deutlich zu erkennen,
daß die
Basisschicht 113 aufgrund der ersten Abstandsschicht 111 die
Basisanschlußschicht 103 nach
der Epitaxie nicht berührt.
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4c zeigt den Schritt eines Ausdiffundierens
des Basispolysiliziums 103, wodurch die Diffusionsschicht 107 erzeugt
wird. Es ist deutlich zu erkennen, daß die Basisschicht 113 mit
Hilfe der Diffusionsschicht 107 mit der Basisanschlußschicht
leitfähig
verbunden wird, ohne daß sich
eine störende
polykristalline Schicht zwischen der Basisschicht 113 und
der Basisanschlußschicht 103 ausbildet.
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5 zeigt
eine Aufnahme eines Ätzprofils nach
einer langen Überätzung, wie
es nach den in 4a dargestellten Verfahrensschritten
entsteht, wobei der Innenspacer 115 nicht ausgebildet ist.
Anhand des in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels
ist es deutlich zu erkennen, daß das
gewünschte Ätzprofil 403 nach
einer langen Überätzung genau
strukturiert werden kann, so daß die
Basisschicht 113 in einem folgenden Verfahrensschritt derart
ausgebildet werden kann, so daß sie
die Basisanschlußschicht 105 nicht
berührt.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors gemäß der vorliegenden
Erfindung. Im Unterschied zu dem in 2 dargestellten
Verfahren wird nach dem Schritt des Bereitstallens des Halbleitersubstrats
(6a) eine Shallow Trench Isolation (STI) 601 ausgebildet,
bevor die Basisanschlussschicht 103 abgeschieden wird.
Dabei ist die STI 601 derart ausgebildet, daß sie aus
zwei Teilen besteht, die durch einen Substratsteg voneinander getrennt sind.
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Der
in 6h dargestellte Bipolartransistor weist somit,
im Unterschied zu der in 1 gezeigten Struktur, die STI 601 auf.
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7 zeigt
ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Bipolartransistors
Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten Verfahren wird
nach dem Schritt des Bereitstallens des Halbleitersubstrats (7a) eine Shallow Trench Isolation (STI) 601 ausgebildet,
bevor die Basisanschlussschicht 103 abgeschieden wird.
Dabei ist die STI 601 derart ausgebildet, daß sie aus
zwei Teilen besteht, die durch einen Substratsteg voneinander getrennt sind.
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Der
in 6 dargestellte Bipolartransistor weist somit,
im Unterschied zu der in 1 gezeigten Struktur, die STI 601 auf.
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Im
Unterschied zu WO01/63644 A2 wird eine hochdotierende Implantation
ins Substratsilizium durchgeführt.
Da man lateral ausreichend Platz benötigt, um die Basis an diesem
hochdotierten Bereich zu kontaktieren, bedeutet das, dass man eine
sehr breite Substratfläche
hat. Dadurch entsteht eine hohe Basis-Kollektotkapazität. Schließt man erfindungsgemäß eine epitaxierte
Basis lateral an ein Basispolysilizium an, kann man den Substratbereich (zwischen
den beiden STI-Isolationsgräben,
die mit Oxid gefüllt
sein können)
sehr klein halten, da man das Basispoly auch auf das STI-Oxid abscheiden kann.