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Die
Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung, die mindestens
einen npn-Bipolartransistor und einen pnp-Bipolartransistor enthält. Der npn-Bipolartransistor
enthält
in der folgenden Reihenfolge aneinandergrenzend:
- – einen
n-dotierten Kollektorbereich, der im Folgenden auch als Randbereich
bezeichnet wird,
- – einen
p-dotierten Basisbereich, und
- – einen
n-dotierten Emitterbereich, der ebenfalls auch als Randbereich bezeichnet
wird.
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Der
pnp-Bipolartransistor enthält
in der folgenden Reihenfolge aneinandergrenzend:
- – einen
p-dotierten Kollektorbereich, der im Folgenden auch als Randbereich
bezeichnet wird,
- – einen
n-dotierten Basisbereich, und
- – einen
p-dotierten Emitterbereich, der ebenfalls als Randbereich bezeichnet
wird.
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Die
Emitterbereiche sind üblicherweise
höher dotiert
als die Kollektorbereiche. Die Dotierstoffkonzentration des Basisbereiches
liegt üblicherweise zwischen
der Dotierstoffkonzentration des Emitterbereiches und der Dotierstoffkonzentration
des Kollektorbereiches.
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Die
integrierte Schaltungsanordnung enthält außerdem eine elektrisch isolierende
Isolierschicht, die eine Aussparung im Bereich des pnp-Bipolartransistors
enthält.
Unter der Aussparung im Bereich des pnp-Transistors ist der Basisbereich
des pnp-Bipolartransistors angeordnet. In der Aussparung ist elektrisch
leitfähiges
Material angeordnet, das mit dem Emitterbereich des pnp-Transistors
elektrisch leitfähig
verbunden ist oder das sogar an den einen Emitterbereich angrenzt.
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In
der elektrisch isolierenden Schicht befindet sich außerdem im
Bereich des npn-Transistors eine weitere Aussparung, in welcher
der Basisbereich des npn-Transistors angeordnet ist.
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Die
Randbereiche und der Basisbereich eines Transistors sind in einkristallinem
Halbleitermaterial angeordnet. Bei dem npn-Transistor wurde in der
weiteren Aussparung eine einkristalline Schicht erzeugt, um beispielsweise
durch die Verwendung von zwei aneinandergrenzenden einkristallinen Schichten
mit voneinander verschiedenen Grundmaterial die elektrischen Eigenschaften
des Transistors zu verbessern, beispielsweise die sogenannte Transitfrequenz.
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Eine
integrierte Schaltungsanordnung mit pnp- und npn-Transistoren ist beispielsweise aus
der deutschen Patentschrift
DE 199 58 062 C2 bekannt, wobei dort noch
eine zusätzliche
Silizidierung durchgeführt
wird, die jedoch auch entfallen kann.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine einfach herzustellende integrierte
Schaltungsanordnung mit npn- und pnp-Bipolartransistoren anzugeben,
die insbesondere gute elektrische Eigenschaften haben. Außerdem soll
ein Herstellungsverfahren angegeben werden.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass bei dem bisher verwendeten Verfahren die gesamte Herstellung
weder mit Hinblick auf den npn-Bipolartransistor noch mit Hinblick
auf den pnp-Transistor optimal durchgeführt wird. Dabei werden die
elektrischen Eigenschaften des npn-Bipolartransistors und des pnp-Bipolartransistors
verringert. So kann beispielsweise bei der Strukturierung einer
auf der Isolierschicht angeordneten polykristallinen Siliziumschicht
im Bereich des npn-Transistors
nicht stark überätzt werden,
um steile Flanken zu erzielen, was für die Reproduzierbarkeit der
Transistoreigenschaften von großer
Bedeutung sein kann. Eine starke Überät zung ist bspw. eine Überätzung um
mehr als 50 Prozent oder um mehr als 100 Prozent. Beim Ätzen einer
200 nm dicken polykristallinen Schicht bedeutet eine hundertprozentige Überätzung eine
Verdopplung der Ätzdauer,
die zum Ätzen
der 200 nm erforderlich ist. Bei der Überätzung wird jedoch im Bereich
des pnp-Transistors der neben dem Emitter angeordnete Basisanschlussbereich
des pnp-Transistors teilweise abgetragen, wie bei dem Verfahren
gemäß Patentschrift
DE 199 58 062 C2 der
Fall ist. Die Erfindung geht weiterhin von der Überlegung aus, dass auch bei
der erfindungsgemäßen integrierten Schaltungsanordnung
die gleichzeitige Verwendung von Schichten für den Aufbau des pnp-Transistors und
des npn-Transistors beibehalten werden soll.
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Bei
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
wird deshalb die Isolierschicht weiter an den Emitterbereich bzw.
an den Emitteranschlussbereich des pnp-Transistors herangezogen
als bisher, so dass die Aussparung an den Anschlussbereich des Emitters
des pnp-Transistors angrenzt und somit die Breite des elektrischen
Kontaktes zwischen Emitter und Emitteranschlussbereich und indirekt
auch die Breite des Emitterbereiches vorgibt. Außerdem wird das elektrisch
leitfähige
Material so strukturiert, dass nach der Strukturierung elektrisch
leitfähiges
Material des Anschlussbereiches auch außerhalb der Aussparung an die
Isolierschicht angrenzt. Durch diese Maßnahme dient die Isolierschicht
als Ätzstoppschicht
und nicht der empfindliche Teilbereich des Basisanschlussbereichs,
welcher sich neben dem Emitterbereich befindet. Aufgrund des ungedünnten Basisanschlussbereiches
bleibt der Basisanschlusswiderstand klein. Dadurch wird die maximale
Oszillationsfrequenz groß.
Die minimale Rauschzahl sowie Verzögerungszeiten sinken. Zudem
verbessert sich die Reproduzierbarkeit der zuvor genannten Kenngrößen. Weitere
schaltungstechnische Wirkungen werden an Hand der weiteren Ausführungen
deutlich.
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Bei
Ausgestaltungen grenzt die Aussparung im Bereich des pnp-Transistors auch
an den Emitterbereich. Dies wird dadurch erreicht, dass nach dem Einbringen
des elektrisch leitfähigen
Materials Dotierstoffe aus diesem Material in das unter der Aussparung
liegende Material eindiffundieren und dort den Emitterbereich bilden.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung füllt
das elektrisch leitfähige
Material die Aussparung vollständig,
so dass kein anderes Material und auch keine Leerräume in der
Aussparung vorhanden sind. Bei einer nächsten Ausgestaltung ist die
elektrisch isolierende Schicht eine ebene Schicht, die auf einem
ebenen Substrat angeordnet ist. Das ebene Substrat enthält beispielsweise
einen Substrathauptbereich und eine darauf angeordnete Epitaxieschicht
gleichmäßiger Dicke.
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Bei
einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung ist in der weiteren
Aussparung, d.h. in der Aussparung des npn-Transistors, eine einkristalline Schicht
angeordnet, die ein anderes Grundmaterial als der nicht in der Aussparung
angeordnete Randbereich des npn-Transistors enthält. Die einkristalline Schicht
enthält
vorzugsweise Silizium-Germanium oder Silizium-Germanium-Kohlenstoff
als Grundmaterial. Das nicht in der Aussparung des npn-Transistors
angeordnete einkristalline Material enthält vorzugsweise Silizium als
Grundmaterial. Durch die Verwendung der genannten Materialien lassen
sich Transitfrequenzen von 100 GHz oder sogar von 200 GHz erzielen.
Trotz dieser hohen Transitfrequenzen des npn-Transistors wird der pnp-Transistor
aufgrund des Aufbaus der integrierten Schaltungsanordnung nicht übermäßig beeinträchtigt.
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Bei
einer anderen Weiterbildung ist das elektrisch leitfähige Material
stark p-dotiertes Halbleitermaterial, insbesondere polykristallines
Halbleitermaterial, z.B. polykristallines Silizium. Dieses Material bietet
die Möglichkeit,
durch Ausdiffusion in einkristallines Material den Emitterbereich
des pnp-Bipolartransisturs zu erzeugen. Gleichzeitig werden bei
der Weiterbildung durch Ausdiffusion Anschlussbereiche für den Anschluss
des Basisbereiches des npn-Transistors mit einer höheren Dotierung
versehen. Somit werden wiederum Verfahrensschritte sowohl zur Herstellung
des pnp-Transistors als auch zur Herstellung des npn-Transistors
verwendet. Weiterhin lässt
sich das elektrisch leitfähige
Material mit Dotierung dazu verwenden, den Kollektorbereich des
pnp-Transistors
anzuschließen.
Dies vereinfacht die Herstellung weiter.
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Bei
einer nächsten
Weiterbildung befinden sich an Seitenflächen des elektrisch leitfähigen Materials
und angrenzend an die Isolierschicht Abstandselemente, sogenannte
Spacer. Der Fußbereich
der Spacer liegt am pnp-Transistor auf der Isolierschicht. Die Spacer
werden vorzugsweise aus elektrisch isolierendem Material hergestellt,
beispielsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Außerdem können sich
die Spacer mit zunehmendem Abstand vom isolierenden Material verjüngen. Die
Abstandselemente sind beispielsweise sogenannte Einfachabstandselemente
oder Doppel-Abstandselemente, zu deren Herstellung nur eine Schicht
isotrop geätzt
worden ist oder zu deren Herstellung zwei Schichten verwendet worden
sind, wovon eine isotrop geätzt
worden ist. Die Abstandselemente haben nur im Bereich des npn-Transistors
eine Isolationsfunktion zwischen den Anschlussbereichen für den Emitter
und für
die Basis. Im Bereich des pnp-Transistors sind die Abstandselemente
jedoch nicht störend,
so dass sie ohne zusätzliche
Verfahrensschritte auch im Bereich des pnp-Transistors ausgebildet
und dort belassen werden.
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Bei
einer anderen Weiterbildung ist der Basisbereich des pnp-Transistors über eine
einkristalline Schicht angeschlossen, die sich unter der Isolierschicht
bis zu mindestens einer Basisanschlussaussparung in der Isolierschicht
erstreckt. Die einkristalline Schicht ist im Bereich des Basisanschlussbereich
höher als
im Basisbereich dotiert, um den Anschlusswi derstand zu verringern.
Der Basisanschlussbereich erstreckt sich bei einer Ausgestaltung bis
unterhalb eines Abstandselementes am Emitteranschlussbereich des
pnp-Transistors oder sogar bis unter den Emitteranschlussbereich
des npn-Transistors.
Die Basisanschlussaussparung enthält außerdem elektrisch leitfähiges Material,
insbesondere hochdotiertes polykristallines Silizium oder metallisches
Material. Bei einer Weiterbildung wird sowohl der Basisbereich des
pnp-Transistors,
der Kollektorbereich des npn-Transistors und der Emitterbereich des
npn-Transistors über
eine n-dotierte Halbleitermaterialschicht angeschlossen. Diese Schicht
wird also wieder mehrfach verwendet und durch einmalige Strukturierung
werden Anschlüsse
in Transistoren beider Transistorarten hergestellt.
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Bei
einer nächsten
Weiterbildung ist der weiter von der Aussparung entfernte Randbereich
des pnp-Transistors mit Hilfe eines Dotiergebietes ausgebildet,
das die gleiche Umrissform wie die Aussparung hat. Mit anderen Worten
heißt
das, dass die Aussparung als Implantationsmaske verwendet worden
ist. Damit hat die Aussparung eine weitere Funktion. Solche Verfahren
werden auch als SIC-Verfahren (selektiv implantierter Kollektor)
bezeichnet. Durch das SIC-Verfahren lässt sich ein kleines Kollektorgebiet
ohne Zusatzmaske erzeugen. Aufgrund des kleinen Kollektorgebietes
wird die parasitäre
Basis-Kollektor-Kapazität im Vergleich
zu einem breiteren Kollektor erheblich gesenkt. Die elektrischen
Eigenschaften des pnp-Transistors
verbessern sich weiter. Dies erhöht
den Anreiz, Schaltungen zu nutzen, die sowohl npn- als auch pnp-Transistoren enthalten.
Beispielsweise lassen sich Stromquellen an positivem Potential einfacher
mit pnp-Transistoren realisieren als mit npn-Transistoren. Bisher
war ein SIC-Verfahren
bei der gleichzeitigen Herstellung von npn- und pnp-Transistoren
nur im Bereich des npn-Transistors möglich.
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Bei
einer nächsten
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist der pnp-Transistor als Multiemitter- Transistor ausgebildet, der mindestens
zwei Aussparungen enthält,
an denen außerhalb
der jeweiligen Aussparung elektrisch leitfähiges Material des Anschlussbereiches
eines Emitters angrenzt. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung lässt sich
die Breite des Emitters im Vergleich zu bisherigen pnp-Transistoren
in Schaltungen mit npn-Transistoren verringern. Eine kleine Emitterbreite
bewirkt gute Hochfrequenzeigenschaften des Transistors, verringert
aber den maximal zulässigen
Schaltstrom. Um dennoch größere Ströme schalten
zu können
wird auch die Anordnung mehrerer Emitterbereiche nebeneinander attraktiv, wobei
die insgesamt benötigte
Chipfläche
aufgrund der verringerten Emitterbreite klein ist. Es lassen sich also
auf einer kleinen Chipfläche
Multiemitter-pnp-Transistoren
mit guten Hochfrequenzeigenschaften und hohen schaltbaren Stromstärken herstellen.
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Bei
einer anderen Weiterbildung sind die in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
enthaltenen Dotierungen von dem entgegengesetzten Typ zu den oben
angegebenen Typen. Demzufolge würde
beispielsweise der Basisbereich des pnp-Transistors in einer Aussparung angeordnet werden,
die sich in der Isolierschicht befindet.
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Die
Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Herstellen
einer integrierten Schaltungsanordnung, insbesondere der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
oder einer derer Weiterbildungen. Damit gelten die oben genannten technischen
Wirkungen auch für
das erfindungsgemäße Verfahren.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren
werden die folgenden Schritte ausgeführt:
- – Aufbringen
einer Isolierschicht auf ein einkristallines Halbleitermaterial,
z.B. auf einkristallines Silizium,
- – Strukturieren
der Isolierschicht unter Erzeugung einer Aussparung im Bereich des
pnp-Transistors bzw. des noch herzustellenden pnp-Transistors. Unterhalb
der Aussparung befindet sich der Basisbereich des pnp-Transistors
bzw. wird der Basisbereich noch ausgebildet.
- – Aufbringen
einer Anschlussschicht aus elektrisch leitfähigem Material oder in ein
solches Material umwandelbares Material auf die strukturierte Isolierschicht,
d.h. insbesondere in-situ-Dotierung oder nachträgliche Dotierung von Halbleitermaterial,
- – Strukturieren
der Anschlussschicht unter Erzeugung eines Anschlussbereiches für den Emitterbereich
des pnp-Transistors
in der Aussparung und auf der Isolierschicht außerhalb der Aussparung,
- – Erzeugen
des Basisbereiches des npn-Transistors in der Isolierschicht nach
dem Strukturieren der Anschlussschicht.
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Zum
Anschluss des Basisbereiches des pnp-Transistors werden bei einer
Weiterbildung Anschlüsse
aus Metall verwendet, die die Isolierschicht durchdringen. Bei einer
alternativen Weiterbildung werden n-dotierte Anschlussbereiche verwendet,
die den Anschlussbereich für
den Emitter des pnp-Transistors überlappen.
Für die Überlappung
wird keine zusätzliche
Chipfläche
benötigt,
da der Emitter bereits um einen vorgegebenen Abstand die Isolierschicht überlappt.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin
zeigen:
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1 die Anätzung eines Basisanschlussbereiches
eines pnp-Transistors beim gleichzeitigen Überätzen im Bereich eines npn-Transistors,
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2 eine integrierte Schaltungsanordnung mit
einem pnp-Transistor
und einem npn-Transistor,
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3 und 4 Herstellungsstufen bei der Herstellung
der in 2 gezeigten Schaltungsanordnung,
und
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5 eine integrierte Schaltungsanordnung mit
Multiemitter-pnp-Transistor und mit npn-Transistor.
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1 zeigt die Herstellung
einer integrierten Schaltungsanordnung
8 gemäß der deutschen
Patentschrift
DE 19958062
C2 .
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Die
integrierte Schaltungsanordnung 8 enthält ein nicht dargestelltes
p-dotiertes Substrat aus Silizium. Auf dem Substrat befindet sich
eine n-Epitaxieschicht 10, die im Bereich des pnp-Transistors
an ihrer Oberfläche
n-dotiert worden ist, siehe Dotierbereich 12 der später den
Basisanschlussbereich des pnp-Transistors bildet. Die Dotierstoffkonzentration im
Dotierbereich 12 beträgt
beispielsweise 1018 Dotierstoffatome je
Kubikzentimeter, so dass der Dotierbereich 12 zur Ausbildung
eines Basisbereiches des pnp-Transistors geeignet ist. Unterhalb
des Dotierbereiches 12 befindet sich ein Dotierbereich 14,
in dem eine p-Dotierung von beispielsweise 1017 Dotieratomen
je Kubikzentimeter erzeugt worden ist.
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Im
Bereich des npn-Transistors befindet sich an der Oberfläche der
n-Epitaxieschicht 10 ein Dotierbereich 16, der
n-dotiert ist und
bei dieser Herstellungsstufe beispielsweise die Grunddotierung der n-Epitaxie
von 1016 Dotieratomen je Kubikzentimeter hat.
Der Dotierbereich 16 wird später als Kollektorbereich des
npn-Transistors noch höher
dotiert.
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Auf
der n-Epitaxieschicht 10 befindet sich eine Isolierschicht 18,
die beispielsweise eine Dicke von 100 nm hat und aus Siliziumdioxid
besteht. Im Bereich des pnp-Transistors ist die Isolierschicht 18 großflächig ausgespart,
so dass sie in 1 nicht dargestellt
ist. Im Bereich des npn-Transistors,
insbesondere oberhalb des Dotierbereiches 16, ist dagegen
die Isolierschicht 18 vorhanden und noch unstrukturiert.
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Nach
dem Aufbringen der Isolierschicht 18 wurde eine stark p-dotierte polykristalline
Siliziumschicht 20 ganzflächig abgeschieden, die im folgenden
kurz als Polysiliziumschicht 20 bezeichnet wird. Beispielsweise
beträgt
in der Polysiliziumschicht 20 die Anzahl von Dotieratomen
1020 Dotieratome je Kubikzentimeter. Im
Bereich des pnp-Transistors liegt die Polysiliziumschicht 20 aufgrund
der fehlenden Isolierschicht 18 auf dem Dotierbereich 12 auf.
Im Bereich des npn- Transistors
liegt die Polysiliziumschicht 20 dagegen auf der Isolierschicht 18 auf.
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Oberhalb
der Polysiliziumschicht 20 wurde eine isolierende Deckschicht 22 ganzflächig aufgebracht.
Danach wurde Fotolack 24 auf die Deckschicht 22 aufgebracht,
belichtet und entwickelt, so dass die in 1 dargestellten Bereiche des Fotolacks 24 stehen
geblieben sind, d.h. oberhalb eines Emitteranschlussbereiches des
pnp-Transistors und oberhalb eines Basisanschlussbereiches des npn-Transistors.
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Anschließend wird
eine Ätzung
zur Strukturierung der Deckschicht 22 und zur Strukturierung der
darunterliegenden Polysiliziumschicht 20 durchgeführt, beispielsweise
mit Hilfe von reaktivem Ionenätzen,
siehe Pfeile 26 und 28. Das reaktive Ionenätzen wird
beim Ätzen
der Polysiliziumschicht 20 selektiv zur Isolierschicht 18 durchgeführt. Um
schräge
Flanken 30 der Polysiliziumschicht 20 im Bereich des
npn-Transistors vollständig
zu beseitigen, wäre ein
starkes Überätzen erforderlich.
Aufgrund der starken Überätzung beim Ätzen der
Polysiliziumschicht 20 würde im Bereich des pnp-Transistors
der Dotierbereich 12 durchtrennt werden. Deshalb kann nur schwach überätzt werden,
wobei der Dotierbereich 12 angeätzt und somit dessen ursprüngliche
Dicke D1 um eine Dicke D2 vermindert wird. Hinzu kommt, dass die
Selektivität
im Bereich des pnp-Transistors beim Ätzen der Polysiliziumschicht 20 aufgrund
des unter der Polysiliziumschicht 20 liegenden Siliziums erheblich
geringer als die Selektivität
im Bereich des npn-Transistors ist, wo unter der Polysiliziumschicht 20 die
Isolierschicht 18 aus Siliziumdioxid liegt.
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2 zeigt eine integrierte
Schaltungsanordnung 100, bei deren Herstellung die an Hand
der 1 erläuterten
Probleme nicht mehr auftreten. Die integrierte Schaltungsanordnung
enthält
einen im linken Teil der 2 dargestellten
pnp-Transistor 102 und
einen im rechten Teil der 2 dargestellten npn-Transistor 104.
Beide Transistoren 102 und 104 sind vertikale
Transistoren, bei denen der aktive Emitterbereich, der Basisbereich
und der aktive Kollektorbereich vertikal angeordnet sind, wenn eine den
Transistor tragende Substratoberfläche horizontal liegt, d.h.
die aktiven Bereiche sind in Normalenrichtung einer Hauptfläche des
Substrats aufgereiht, wobei eine Hauptfläche eine Fläche mit einem erheblich größeren Flächeninhalt,
als beispielsweise eine Randfläche
des Substrats ist.
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Eine
vertikale Linie 106 zwischen den Transistoren 102 und 104 verdeutlicht,
dass die beiden Transistoren 102 und 104 sowohl
nebeneinander als auch in weit voneinander entfernt liegenden Schaltungsteilen
der integrierten Schaltungsanordnung 100 angeordnet werden
können.
Beispielsweise liegen mehrere andere Bauelemente zwischen den beiden
Transistoren 102 und 104.
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Der
Transistor 102 enthält
ausgehend von einem Substrat 108 mit zunehmendem Abstand
vom Substrat 108 in der angegebenen Reihenfolge aneinandergrenzend:
- – eine
n-dotierte Wanne 110, eine p-dotierte vergrabene Kollektorzuleitungsschicht 112,
- – einen
einkristallinen p-dotierten Kollektorbereich 114,
- – einen
einkristallinen n-dotierten Basisbereich 116,
- – einen
einkristallinen p-dotierten Emitterbereich 118,
- – einen
polykristallinen Emitteranschlussbereich 120 aus Silizium,
und
- – einen
metallischen Emitteranschluss 124, beispielsweise aus Wolfram.
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Auf
dem Emitteranschlussbereich befindet sich eine isolierende Deckschicht 122,
beispielsweise aus Siliziumdioxid, mit einer Aussparung für den Emitteranschluss.
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Eine
auf dem Substrat 102 aufgebrachte Epitaxieschicht 126 enthält zwei
den Transistor 102 lateral isolierende Isolationsgräben 128, 130 sowie
einen zwischen diesen Isolationsgrä ben 128 und 130 angeordneten
Isolationsgraben 132, der zur Isolation eines n-Dotierbereiches 134 zur
Aufnahme des Basisbereiches 116 und zum Anschluss des Basisbereiches 116 von
einem p-Dotierbereich 136 zum Anschluss der vergrabenen
p-Kollektorzuleitung 112 dient.
In dieser Ausführung
reichen die Isoliergräben 128 bis 132 bis
in die Kollektorzuleitung 180. Die Epitaxieschicht 126 hat
beispielsweise eine Dicke von 300 nm. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
ist die Kollektorzuleitung 112 des pnp-Transistors 102 tiefer
im Substrat 108 angeordnet als die Kollektorzuleitung 180 des
npn-Transistors 104.
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Auf
den Isoliergräben 128 bis 132 befindet sich
eine Isolierschicht 140, die beispielsweise eine Dicke
von 100 nm hat und aus Siliziumoxid besteht. Die Isolierschicht 140 enthält eine
Aussparung 142 zur Aufnahme des polykristallinen Emitteranschlussbereiches 120 und
eine Aussparung 144 zur Aufnahme eines stark p-dotierten
polykristallinen Kollektoranschlussbereiches 146, der ebenfalls
von der isolierenden Deckschicht 122 bedeckt ist. Zum Kollektoranschlussbereich 146 führt ein
metallischer Kollektoranschluss 148.
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Die
Isolierschicht 140 enthält
außerdem beidseitig
der Aussparung 142 Aussparungen für metallische Basisanschlüsse 150, 152,
die über
stark n-dotierte Anschlussbereiche 154 und 156 mit
dem n-dotierten Dotierbereich 134 verbunden sind.
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Außerdem sind
seitlich des Emitteranschlussbereiches 120 und des Kollektoranschlussbereiches 146 Spacer 160 bis 164 angeordnet.
Die Spacer 160 bis 164, die Basisanschlüsse 150, 152, der
Emitteranschluss 124 und der Kollektoranschluss 128 liegen
in einer Zwischenlagen-Isolierschicht 170, die beispielsweise
aus Siliziumdioxid besteht. Weitere Metallisierungslagen zum Anschluss
des Transistors 102 sind in 2 nicht
dargestellt.
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Zwischen
dem p-Dotierbereich 136 und dem Kollektoranschlussbereich 146 befindet
sich noch ein stark p-dotierter Dotierbereich 172. Der
Dotierbereich 172 entsteht durch Ausdiffusion von Dotierstoffen aus
dem Kollektoranschlussbereich 146 in die Epitaxieschicht 126.
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Der
npn-Transistor 104 enthält
ausgehend von demselben Substrat 108 mit zunehmendem Abstand
vom Substrat 108 in der angegebenen Reihenfolge aneinandergrenzend:
- – eine
n-dotierte vergrabene Kollektorzuleitung 180,
- – einen
einkristallinen n-dotierten Kollektorbereich 182,
- – einen
einkristallinen p-dotierten Basisbereich 184,
- – einen
einkristallinen n-dotierten Emitterbereich 186,
- – einen
n-dotierten polykristallinen Emitteranschlussbereich 188,
und
- - einen metallischen Emitteranschluss 190.
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Der
Transistor 104 enthält
zwei bis zur Kollektorzuleitung 180 reichende Isolationsgräben 192 und 194.
Zwischen den Isolationsgräben 192 und 194 ist
ein Isolationsgraben 196 angeordnet, der den Kollektorbereich 182 von
einem n-dotierten
Dotierbereich 198 isoliert. Der Dotierbereich 198 dient
zum Anschluss der vergrabenen Kollektorzuleitung 180.
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Auch
auf den Isoliergräben 192 bis 196 ist die
Isolierschicht 140 angeordnet. Die Isolierschicht 140 hat
im Bereich des npn-Transistors 104 eine Aussparung 200,
in der eine durch selektive Epitaxie aufgewachsene Schicht angeordnet
ist, die üblicherweise
teilweise aus Silizium-Germanium, teilweise aus Silizium besteht.
Bspw. wird erst die Silizium-Germaniumschicht und dann die Siliziumschicht erzeugt.
Die Aussparung 200 und damit die Epitaxieschicht enthält den Basisbereich 184 und
den Emitterbereich 186.
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In
der Isolierschicht 140 befindet sich im Bereich des npn-Transistors 104 außerdem eine
Aussparung 202, in der ein stark dotierter polykristalliner Kollektoranschlussbereich 204 angeordnet
ist. Der Kollektoranschlussbereich 204 besteht aus n-dotiertem
polykristallinen Silizium, dessen Dotierstoffe zum Teil in die Epitaxieschicht 126 eindiffundiert
worden sind und dort einen Dotierbereich 206 bilden, der
an den Dotierbereich 198 angrenzt. Der Kollektoranschlussbereich 204 ist über einen
metallischen Kollektorkontakt 208 angeschlossen.
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Dem
Rand der Aussparung 200 überlappend sind auf der Isolierschicht 140 im
Bereich des npn-Transistors 104 außerdem zwei p-dotierte polykristalline
Bereiche 210 und 212 aus polykristallinem Silizium
angeordnet. Die polykristallinen Bereiche 210 und 212 werden
von verbliebenen Bereichen der Deckschicht 122 bedeckt.
Der polykristalline Bereich 212 ist über einen metallischen Basisanschluss 230 angeschlossen.
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An
den Seitenflächen
der polykristallinen Bereiche 210, 212 und der
Bereiche der Deckschicht 122 auf diesen polykristallinen
Bereichen sind Spacer 220 bis 226 angeordnet.
An den beiden einander zugewandten Seitenflächen grenzen die Spacer 222 und 224 an
den polykristallinen Emitteranschlussbereich 188 an.
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Aus
den dotierten polykristallinen Bereichen 210 und 212 sind
Dotierstoffe in den innerhalb der Aussparung 200 angeordneten
Silizium-Germaniumbereich eingedrungen und bilden dort Dotierbereiche 232 und 234.
Die Transistoren 102 und 104 sind beispielsweise
radialsymmetrische Transistoren oder Transistoren, deren Schichten
sich senkrecht zur Blattebene nach hinten oder nach vorne fortsetzen.
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3 zeigt eine Herstellungsstufe
der integrierten Schaltungsanordnung 100. Ausgehend vom p-dotierten
Substrat 108 wird im Bereich des npn-Transistors 104 zunächst die
n-dotierte vergrabene
Kollektorzuleitung 180 durch bspw. Arsen-Implantation und
einschließende
Eindiffusion erzeugt. Im Bereich des pnp-Transistors wird die n-Wanne 110 implantiert, die
zur Isolation des Transistors 102 gegen das Substrat 108 dient.
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Danach
wird durch ganzflächige
Epitaxie die Epitaxieschicht 126 aufgebracht. Alternativ
kann auf die Epitaxie auch verzichtet werden, sofern die Bereiche 110 und 180 mit
höherer
Energie implantiert werden. In der Epitaxieschicht 126 werden
danach mit Hilfe eines fotolithografischen Prozesses die Isoliergräben 128 bis 132 und 192 bis 196 gebildet,
beispielsweise mit Hilfe einer reaktiven Ionenätzung. Danach werden die Isoliergräben 128 bis 132 und 192 bis 196 mit
Siliziumdioxid gefüllt,
das anschließend
planarisiert wird. Alternativ lässt
sich an Stelle der Isoliergräben 128 bis 132 bzw. 192 bis 196 auch eine
LOCOS-Technik (LOCal Oxidization of Silicon) verwenden. Beim Erzeugen
der Isolationsgräben 194 und 196 wird
der Kullektorbereich 182 festgelegt.
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In
einem folgenden Implantationsschritt unter Verwendung einer nicht
dargestellten Fotomaske wird der Dotierbereich 198 dotiert.
Beispielsweise mit Hilfe einer Implantation und einer anschließenden Diffusion.
Diese Implantation wird auch als npn-Kollektortief-Implantation
bezeichnet.
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Danach
werden unter Zuhilfenahme weiterer Zusatzmasken die vergrabene Kollektorzuleitung 112,
der n-Dotierbereich 134 und die Anschlussbereiche 154 und 156 implantiert.
Außerdem
wir mit Hilfe einer Zusatzmaske der p-Dotierbereich 136 erzeugt, der
zum Anschluss des Kollektorbereiches 114 des pnp-Transistors dient.
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Nach
der Durchführung
dieser Implantationsschritte wird die Isolierschicht 140 aufgebracht. Auf
die Isolierschicht 140 wird eine Fotolackschicht 250 aufgebracht.
Die Fotolackschicht 250 wird selektiv belichtet und entwickelt,
um die Lage der Aussparungen 142, 146 und 202 festzulegen.
Anschließend werden
die Aussparungen 142, 146 und 202 in
die Isolier schicht 140 geätzt, beispielsweise mit Hilfe
eines reaktiven Ionenätzprozesses
oder nass-chemisch.
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Ohne
Verwendung einer zusätzlichen
Maske lässt
sich danach der Kollektorbereich 114 implantieren, der
unterhalb der Aussparung 142 angeordnet ist. Alternativ
lässt sich
jedoch für
die Implantation des Kollektorbereiches 114 auch eine Zusatzmaske verwenden,
oder die Implantation des Kollektorbereichs kann früher im Prozessablauf
erfolgen, z.B. kann die Fototechnik zur Implantation des Bereichs 134 mitbenutzt
werden.
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Wie
in 4 dargestellt, werden
anschließend
die Reste der Fotolackschicht 250 entfernt. Es wird eine
p-dotierte polykristalline Siliziumschicht 260 abgeschieden
oder durch undotierte Abscheidung und anschließende Dotierung erzeugt. Auf
die Siliziumschicht 260 wird die Deckschicht 122 aufgebracht, beispielsweise
mit Hilfe eines Abscheidungsprozesses. Anschließend wird eine Fotolackschicht 270 aufgebracht
und selektiv belichtet. Die belichtete Fotolackschicht 270 wird
entwickelt, um die Grenzen des polykristallinen Emitteranschlussbereiches 120,
des polykristallinen Kollektoranschlussbereiches 146, des
polykristallinen Bereiches 210 und des polykristallinen
Bereiches 212 festzulegen. Anschließend werden die Deckschicht 122 und
die polykristalline Siliziumschicht 260 mit Hilfe der strukturierten
Fotolackschicht 270 strukturiert, wobei der Emitteranschlussbereich 120,
der Kollektoranschlussbereich 146, der polykristalline
Bereich 210 und der polykristalline Bereich 212 aus
der polykristallinen Schicht 260 erzeugt werden. Beispielsweise
wird eine reaktive Ionenätzung
verwendet. Für
alle vier genannten Bereiche dient die Isolierschicht 140 als Ätzstoppschicht.
Deshalb greift auch eine lange Überätzung nicht
den n-Dotierbereich 134 an.
Im npn-Transistor 104 ist das Anätzen des n-Dotierbereiches 198 unkritisch.
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Wie
wieder aus der 2 ersichtlich,
wird anschließend
der npn-Transistor 104 vervollständigt, wobei jedoch keine weiteren
bleibenden Schichten im Bereich des vertikalen pnp-Transistors 102 aufgebracht
werden. Im Bereich des npn-Transistors 104 werden
in der folgenden Reihenfolge insbesondere erzeugt:
- – die
Aussparung 200 durch nass-chemisches Ätzen der Isolierschicht 140,
- – die
epitaktische Schicht 184,
- – die
Spacer 220 bis 226, wobei auch die Spacer 160 bis 166 entstehen,
- – der
Kollektoranschlussbereich 204 und der Emitteranschlussbereich 188 aus
einer n-dotierten polykristallinen Siliziumschicht mit Hilfe eines fotolithografischen
Verfahrens.
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Anschließend erfolgt
eine Temperung zur Diffusion der Dotierstoffe auf dem polykristallinem
Silizium. Spätestens
dabei werden der Emitterbereich 118, der Dotierbereich 172,
der Dotierbereich 206, die Dotierbereiche 232, 234 und
der Emitterbereich 186 erzeugt.
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Anschließend wird
die Zwischenlayer-Isolierschicht 170 aufgebracht, planarisiert
und mit Hilfe eines weiteren fotolithografischen Verfahrens strukturiert.
In die entstehenden Kontaktlöcher
werden die metallischen Kontakte eingebracht. Anschließend werden
weitere Metallisierungslagen erzeugt.
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5 zeigt eine integrierte
Schaltungsanordnung 1100, bei deren Herstellung die gleichen Verfahrensschritte
ausgeführt
worden sind, wie beim Herstellen der Schaltungsanordnung 100.
Jedoch wurde ein dem pnp-Transistor 102 entsprechender pnp-Transistor 1102 mit
zwei voneinander getrennten Emitterbereichen 1118 und 1118b ausgeführt. Weiterhin
enthält
der Transistor 1102 zwei Kollektoranschlussbereiche 1144 und 1144b.
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In 5 sind Elemente, die oben
bereits erläutert
worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, denen
jedoch jeweils eine "1" vorangestellt worden
ist. Diese Elemente werden nicht noch einmal erläutert. Doppelt ausgeführte Elemente mit
dem gleichen Aufbau wie die bereits an Hand der 2 bis 4 erläuterten
Elemente haben in 5 das gleiche
Bezugszeichen, dem jedoch eine "1" vorangestellt und
der Kleinbuchstabe "b" nachgestellt worden
ist, z.B. der zweite Emitteranschlussbereich 1120b zusätzlich zum
Emitteranschluss 1120. Der in 5 gezeigte mittlere Basisanschluss 1150 ist
optional. Außerdem
lässt sich
auch die oben an Hand der 2 bis 4 erläuterte Variante mit einem beidseitigen Kollektoranschluss
ausführen.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
werden zusätzlich
zu den beiden Bipolartransistortypen noch Feldeffekttransistoren
in der integrierten Schaltungsanordnung 100 bis 1100 integriert,
so dass bspw. eine BiCMOS-Schaltungsanordnung (Bipolar Complementary
Metal Oxide Semiconductor) entsteht.
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Im
Gegensatz zu bisher eingesetzten Verfahren ist bei den Verfahren
gemäß der erläuterten Ausführungsbeispiele
zum Basisanschluss kein n-dotiertes polykristallines Silizium notwendig,
welches teilweise über
dem p-polykristallinen Silizium verläuft. Selbst wenn zum Basisanschluss
polykristallines Silizium verwendet wird, liegt eine Überlappung
des polykristallinen Siliziums mit dem Emitteranschlussbereich über einen
Chipflächenbereich, der
bereits durch die Überlappung
des Emitteranschlussbereiches 120 über die Isolierschicht 140 belegt
ist. Die Überlappung
des Emitterbereiches über die
Isolierschicht beeinträchtigt
die wirksame Breite des Emitterbereiches 118 jedoch nicht,
so dass der Emitter deutlich schmaler gewählt werden kann als bisher.
Dadurch lassen sich die elektrischen Eigenschaften des pnp-Transistors erheblich
verbessern. Auch die Multiemitterkonfiguration gemäß 5, die z.B. für eine hohe
Stromtragfä higkeit
pro Chipfläche eingesetzt
werden kann, gewinnt dadurch an Attraktivität.
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Zusammenfassend
gilt, dass die Integration eines vertikalen pnp-Transistors in eine
Technologie mit npn-Transistoren, insbesondere von npn-Transistoren
mit selektiver Basisepitaxie, angegeben wird, bei der der Emitter
des vertikalen pnp-Transistors durch
eine – wenn
auch mit anderen Öffnungsabmessungen – ohnehin
benötigte Öffnung,
nämlich
die Aussparung 142, in einer ohnehin benötigten Isolierschicht 140 definiert
wird. Auch die Prozessschritte für
die Herstellung der Öffnung
in der Isolierschicht 140 sind ohnehin für die Herstellung
von Öffnungen zur
Substratkontaktierung auszuführen.
-
Die
Herstellung eines vertikalen pnp-Transistors mit zusätzlichem
Einfügen
der Isolierschicht 140 und einer zusätzlichen Ätzung für die Aussparung 142 ist
ebenfalls möglich,
falls pnp-Transistoren ohne die gleichzeitige Erzeugung von npn-Transistoren erzeugt
werden sollen.
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- 8
- Integrierte
Schaltungsanordnung
- 10
- n-Epitaxieschicht
- 12
bis 16
- Dotierbereich
- 18
- Isolierschicht
- 20
- Polysiliziumschicht
- 22
- Deckschicht
- 24
- Fotolack
- 26,
28
- Reaktives
Ionenätzen
- 30
- Flanke
- D1
- Ursprüngliche
Dicke
- D2
- Abgetragene
Schichtdicke
- 100
- Integrierte
Schaltungsanordnung
- 102
- pnp-Transistor
- 104
- npn-Transistor
- 106
- Linie
- 108
- Substrat
- 110
- n-Wanne
- 112
- Kollektorzuleitung
- 114
- Kollektorbereich
- 116
- Basisbereich
- 118
- Emitterbereich
- 120
- Emitteranschlussbereich
- 122
- Deckschicht
- 124
- Emitteranschluss
- 126
- Epitaxieschicht
- 128
bis 132
- Isoliergraben
- 134
- n-Dotierbereich
- 136
- p-Dotierbereich
- 140
- Isolierschicht
- 142,
144
- Aussparung
- 146
- Kollektoranschlussbereich
- 148
- Kollektoranschluss
- 150,
152
- Basisanschluss
- 154,
156
- Basisanschlussbereich
- 160
bis 166
- Spacer
- 170
- Zwischenlagen-Isolierschicht
- 172
- Dotierbereich
- 180
- Kollektorzuleitung
- 182
- Kollektorbereich
- 184
- Basisbereich
- 186
- Emitterbereich
- 188
- Emitteranschlussbereich
- 190
- Emitteranschluss
- 192
bis 196
- Isoliergraben
- 198
- Dotierbereich
- 200,
202
- Aussparung
- 204
- Kollektoranschlussbereich
- 206
- Dotierbereich
- 208
- Kollektoranschluss
- 210,
212
- Polykristalliner
Bereich
- 220
bis 226
- Spacer
- 230
- Basisanschluss
- 232,
234
- Dotierbereich
- 250
- Fotolack
- 260
- Polykristalline
Siliziumschicht
- 270
- Fotolackschicht
- 1100
- Integrierte
Schaltungsanordnung
- 1102
- pnp-Transistor
- 1118,
1118b
- Emitterbereich
- 1144,
1144b
- Kollektorbereich