-
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 ersten Randbereich, der auch als Kollektorbereich bezeichnet
wird, einen p-dotierten Basisbereich, und
- – einen
weiteren n-dotierten Randbereich, der auch als Emitterbereich bezeichnet
wird.
-
Der
pnp-Bipolartransistor enthält
in der folgenden Reihenfolge aneinandergrenzend:
- – einen
p-dotierten Randbereich, der auch als Kollektorbereich bezeichnet
wird,
- – einen
n-dotierten Basisbereich, und einen weiteren p-dotierten Randbereich,
der auch als Emitterbereich bezeichnet wird.
-
Die
Emitterbereiche sind üblicherweise
höher dotiert
als die Kollektorbereiche. Die Dotierung des Basisbereiches ist üblicherweise
höher als
die Dotierung des Kollektorbereiches.
-
Die
Randbereiche und der Basisbereich eines Transistors sind in einkristallinem
Halbleitermaterial angeordnet. In einem Basisanschlussbereich befindet
sich eine Aussparung unter der der Basisbereich des pnp-Transistors
angeordnet ist. Bei dem npn-Transistor wird in einer Aussparung
einer Isolierschicht 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.
-
-
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.
-
Die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
hat die im Patentanspruch 1 genannten Merkmale, insb. die folgenden
Merkmale:
- – in
der Aussparung des Basisanschlussbereiches ist ein Randanschlussbereich
für den
einen Randbereich des pnp-Transistors
angeordnet, insbesondere für
den Emitter, und
- – der
Randanschlussbereich hat einen in der Aussparung angeordneten substratnahen
Teil und einen, außerhalb
der Aussparung angeordneten substratfernen Teil, der weiter weg
vom Substrat angeordnet ist als der substratnahe Teil und der den
Basisanschlussbereich überlappt.
-
Damit
wird die wirksame Breite des Randbereiches bzw. des Emitterbereiches
nicht durch die Breite des substratfernen Teils beeinflusst. Außerdem lässt sich
der Randabschlussbereich strukturieren ohne dass das Substrat als Ätzstopp dient.
Hinzu kommt, dass auch die Herstellung des npn-Transistors die elektrischen Eigenschaften
des pnp-Transistors
weniger beeinträchtigt,
da das Substrat des pnp-Transistors
durch den Basisanschlussbereich und durch den Randabschlussbereich
geschützt
werden kann, bevor bspw. ein langes Überätzen zur Herstellung des npn-Transistors
durchgeführt
wird. Weitere technische Wirkungen werden unten an Hand der Figurenbeschreibungen
erläutert.
-
Bei
einer Weiterbildung wird für
den Basisbereich des npn-Transistors
ein anderes Grundmaterial als für
den Basisbereich des pnp-Transistors verwendet. Die elektrischen
Eigenschaften, z.B. die Transitfrequenz, des npn-Transistor verbessern
sich dadurch erheblich, ohne jedoch die elektrischen Eigenschaften
des pnp-Transistors zu beeinträchtigen.
Damit werden Schaltungen mit pnp- und npn-Transistoren wieder attraktiv.
Bspw. lässt
sich eine an der positiven Betriebsspannung angeschlossene Konstantstromquelle
mit pnp-Transistoren einfacher herstellen als nur mit npn-Transistoren.
-
Bei
einer anderen Weiterbildung erstreckt sich die Isolierschicht zur
Aufnahme des Basisbereiches des npn-Transistors auch in den Bereich
des pnp-Transistors und wird dort für Isolierzwecke oder Nivellierungszwecke
verwendet, ohne dass bei der Herstellung zusätzliche Verfahrensschritte
auszuführen
sind.
-
Bei
einer anderen Weiterbildung werden in der Aussparung des pnp-Transistors
und in der Aussparung des npn-Transistors voneinander verschiedene
Abstandselement bzw. sogenannte Spacer eingesetzt. Dies ermöglicht es,
die Spacer jeweils mit Hinblick auf den pnp-Transistor bzw. auf
den npn-Transistor ohne Kompromisse bzgl. des anderen Transistors
zu optimieren.
-
Bei
einer nächsten
Weiterbildung ist der weiter von der Aussparung entfernte Randbereich
des pnp-Transistors mit Hilfe eines Dotiergebietes ausgebildet,
das den gleichen Umriss 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
Basiskollektor-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.
-
Bei
einer nächsten
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist der pnp-Transistors als Multiemitter-Transistor ausgebildet, der mindestens
zwei Aussparungen enthält,
an denen außerhalb
der jeweiligen Aussparung elekrisch 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.
-
Bei
einer anderen Weiterbildung sind die in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
enthaltenen Dotierungen von dem entgegengesetzten Typ zu den oben
angegebenen Typen. Demzufolge würde
beispielsweise dem pnp-Transistor ein npn-Transistor.
-
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
und dessen Weiterbildungen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die im Patentanspruch
21 genannten Merkmale.
-
Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin
zeigen:
-
1 die
Anätzung
eines Basisanschlussbereiches eines pnp-Transistors beim gleichzeitigen Überätzen im
Bereich eines npn-Transistors,
-
2 eine
integrierte Schaltungsanordnung mit einem pnp-Transistor und einem npn-Transistor, und
-
3 bis 5 Herstellungsstufen
bei der Herstellung der in 2 gezeigten
Schaltungsanordnung.
-
1 zeigt
die Herstellung einer integrierten Schaltungsanordnung
8 gemäß der deutschen
Patentschrift
DE 19958062
C2 . Die integrierte Schaltungsanordnung
8 enthält ein nicht
dargestelltes n-dotiertes Substrat aus Silizium. In dem Substrat oder
auf in einer auf dem Substrat angeordneten n-Epitaxieschicht
10,
befindet sich im Bereich des pnp-Transistors an der Oberfläche der
n-Epitaxieschicht
10 ein n-dotierter Dotierbereich
12 der später den
Basisanschlussbereich des pnp-Transistors
bildet. Die Dotierstoffkonzentration im Dotierbe reich
12 beträgt beispielsweise
10
18 Dotierstoffatome je cm
3 (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 Grunddotierung der
n-Epitaxieschicht von beispielsweise 10
17 Dotieratomen
je cm
3 vorliegt.
-
Im
Bereich des npn-Transistors befindet sich an der Oberfläche der
n-Epitaxieschicht 10 ein Dotierbereich 16, der
n-dotiert ist und
beispielsweise eine Dotierung von 1017 Dotieratomen
je cm3 hat. Der Dotierbereich 16 enthält den Kollektorbereich
des npn-Transistors.
-
Auf
dem Substrat bzw. 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.
-
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
sind 1020 Dotieratome je cm3 in
der Polysiliziumschicht 20 vorhanden. Im Bereich des pnp-Transistors liegt
die Polysiliziumschicht 20 aufgrund der dort fehlenden
Isolierschicht 18 auf dem Dotierbereich 12 auf.
Im Bereich des npn-Transistors liegt die Polysiliziumschicht 20 dagegen
auf der Isolierschicht 18 auf.
-
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 Emit teranschlussbereiches des pnp-Transistors und oberhalb
eines Basisanschlussbereiches des npn-Transistors.
-
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 Oberätzung
beim Ätzen
der Polysiliziumschicht 20 würde aber im Bereich des pnp-Transistors
der Dotierbereich 12 durchtrennt werden. Deshalb wird nur
schwach überätzt, wobei
der Dotierbereich 12 angeätzt und somit dessen ursprüngliche
Dicke D1 um eine Dicke D2 vermindert wird, z.B. um mehr als 5 Nanometer
oder um mehr als 10 Nanometer. 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.
-
Gemäß dem Stand
der Technik wird zur Erzielung eines Synergieeffektes das npn-Emitterpoly zur
Kontaktierung der pnp-Basis verwendet. Der Innenspacer des npn-Transistors
dient dem pnp-Transistor
zur Emitter/Basis Isolation. Hierbei muss das pnp-Basispoly über den
Emitter gezogen werden, um einen Ätzstop auf Oxide zu ermöglichen.
Die Lagefehlertoleranzen der Kontaktierung begrenzen beim Stand
der Technik die minimale Emitterbreite. Die Emitterbreite und die
Anätzung
sind also Faktoren, die eine Optimierung des pnp-Transistors erheblich erschweren.
-
2 zeigt
eine integrierte Schaltungsanordnung 100, bei deren Herstellung
die an Hand der 1 erläuterten Proble me 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 des Substrats 108 horizontal
liegt, d.h. die aktiven Bereiche sind in Normalenrichtung einer
Hauptfläche
des Substrats 108 aufgereiht, wobei eine Hauptfläche eine Fläche mit
einem erheblich größeren Flächeninhalt als
beispielsweise eine Randfläche
des Substrats 108 ist.
-
Die
Transistoren 102 und 104 können sowohl benachbart zueinander
als auch in weit voneinander entfernt liegenden Schaltungsteilen
der integrierten Schaltungsanordnung 100 angeordnet werden.
Beispielsweise liegen mehrere andere Bauelemente zwischen den beiden
Transistoren 102 und 104.
-
Der
Transistor 102 enthält
ausgehend von einem Substrat 108 mit zunehmendem Abstand
vom Substrat 108 in der angegebenen Reihenfolge aneinadergrenzend:
- – eine
n-dotierte Wanne 110,
- – eine
p-dotierte vergrabene Kollektorzuleitungsschicht 111,
- – einen
einkristallinen p-dotierten Kollektorbereich 114,
- – einen
einkristallinen n-dotierten Basisbereich 116,
- – einen
einkristallinen p-dotierten Emitterbereich 118,
- – einen
stark p-dotierten polykristallinen Emitteranschlussbereich 120,
bspw. aus Polysilizium, und
- – einen
metallischen Emitteranschluss 124, beispielsweise aus Wolfram.
-
Die
n-dotierte Wanne 110 ist über zwei vertikale Dotierbereiche 112 und 113 angeschlossen.
In der Epitaxieschicht 126 bzw. in einer Oberfläche des Substrats 108 sind
flache Isoliergräben
angeordnet, von denen in 2 sieben Isolier gräben 125 bis 129 sowie 194 und 195 dargestellt
sind. Bspw. beträgt
die Tiefe der flachen Isoliergräben
weniger als ein Mikrometer. Die n-Epitaxieschicht 126 wird
von den flachen Isoliergräben 125 bis 129 bspw.
vollständig durchdrungen.
Ein zwischen diesen Isolationsgräben 126 und 128 angeordneter
Isolationsgraben 127, dient zur Isolation eines n-Dotierbereiches 134 zur Aufnahme
des Basisbereiches 116 von einem p-Dotierbereich 136 zum
Anschluss der vergrabenen p-Kollektorzuleitung 111.
Zwischen den Isoliergräben 125 und
dem Isoliergraben 126 befindet sich ein n-Dotierbereich 133,
der zum vertikalen Dotierbereich 112 führt. Zwischen dem Isoliergraben 128 und 129 befindet
sich ein n-Dotierbereich 135, der zum vertikalen Dotierbereich 113 führt. Die
Isoliergräben 125 und 129 werden
von tiefen Isoliergräben 130 und 132 durchdrungen,
die bspw. tiefer als ein Mikrometer sind.
-
Auf
den Isoliergräben 127 und 138 sowie
auf dem dazwischen liegenden Dotierbereich 134 und auf
Teilen des Basisbereiches 116 befindet sich ein Basisanschlussbereich 139 aus
stark n-dotiertem
polykristallinem Silizium mit einer Schichtdicke von bspw. 200 nm.
Auf dem Basisanschlussbereich 139 ist ein Deckschicht 140 angeordnet,
die beispielsweise eine Dicke von 100 nm hat und aus Siliziumoxid besteht.
Der Basisanschlussbereich 139 und die Deckschicht 140 enthalten
eine Aussparung 142 zur Aufnahme des polykristallinen Emitteranschlussbereiches 120 und
zweier Spacer 144 und 146 aus elektrisch isolierendem
Material, bspw. aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid. Die
Spacer 144 und 146 können sowohl als Einfachspacer
aus einer Isolierschicht 143 oder als Doppelspacer aus
zwei Schichten aus voneinander verschiedenen Materialien erzeugt
worden sein. Die Isolierschicht 143 liegt auch auf der
Deckschicht 140 auf und enthält eine Aussparung 262 für den außerhalb
der Aussparung 142 angeordneten Teil des Emitteranschlussbereiches 120.
-
Die
Deckschicht 140 enthält
außerdem
beidseitig der Aussparung 142 Aussparungen 148 und 152 für metallische
Basisan schlösse 150 und 154, die
an den Basisanschlussbereich 139 grenzen. Die Basisanschlüsse 150 und 154 durchdringen
auch die auf der Deckschicht 140 aufliegende Isolierschicht 143.
-
Die
Isolierschicht 143 erstreckt sich auch oberhalb der n-Wanne 110 und
im Bereich des Dotierbereiches 136 zum Anschluss der Kollektorzuleitung 111.
Am linken Rand der n-Wanne 110 oberhalb des
vertikalen Dotierbereiches 112 und oberhalb des n-Dotierbereiches 133 befindet
sich in der Isolierschicht 143 eine Aussparung 156 in
der ein stark n-dotierter
Wannenanschlussbereich 158 aus polykristallinem Silizium
angeordnet ist. Zwischen dem n-Dotierbereich 133 und dem
Wannenanschlussbereich 158 befindet sich ein n-dotierter
Diffusionsbereich 159. Der Diffusionsbereich 159 entsteht
durch Ausdiffusion von Dotierstoffen aus dem Wannenanschlussbereich 158.
Der Wannenanschlussbereich 148 ist mit Hilfe eines metallischen
Wannenanschlusses 160 angeschlossen.
-
Am
rechten Rand der n-Wanne 110 oberhalb des vertikalen Dotierbereiches 113 und
oberhalb des n-Dotierbereiches 135 befindet sich in der
Isolierschicht 143 eine Aussparung 162 in der
ein stark n-dotierter Wannenanschlussbereich 164 aus polykristallinem
Silizium angeordnet ist. Zwischen dem n-Dotierbereich 135 und dem Wannenanschlussbereich 164 befindet
sich ein n-dotierter Diffusionsbereich 166. Der Diffusionsbereich 166 entsteht
durch Ausdiffusion von Dotierstoffen aus dem Wannenanschlussbereich 164.
Der Wannenanschlussbereich 164 ist mit Hilfe eines metallischen
Wannenanschlusses 168 angeschlossen.
-
Im
Bereich des Kollektoranschlusses oberhalb des p-Dotierbereiches 136 befindet
sich in der Isolierschicht 143 eine Aussparung 170 in
der ein stark p-dotierter Kollektoranschlussbereich 172 aus polykristallinem
Silizium angeordnet ist. Zwischen dem p-Dotierbereich 136 und
dem Kollektoranschlussbereich 172 befindet sich ein p-dotierter
Diffusionsbereich 174. Der Diffusionsbereich 174 entsteht durch
Ausdif fusion von Dotierstoffen aus dem Kollektoranschlussbereich 172.
Der Kollektoranschlussbereich 172 ist mit Hilfe eines metallischen
Kollektoranschlusses 176 angeschlossen.
-
Der
Emitteranschluss 124, die Basisanschlüsse 150, 154,
der Kollektoranschluss 176 und die Wannenanschlüsse 160 und 168 liegen
in einer Zwischenlagen-Isolierschicht 178, die beispielsweise aus
Siliziumdioxid besteht. Weitere Metallisierungslagen zum Anschluss
des Transistors 102 sind in 2 nicht
dargestellt.
-
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
stark n-dotierten polykristallinen Emitteranschlussbereich 188,
und
- – einen
metallischen Emitteranschluss 190.
-
Der
Transistor 104 wird durch den Isoliergraben 129 und
den Isoliergraben 194 lateral isoliert. Zwischen den Isolationsgräben 129 und 194 ist
ein flacher Isolationsgraben 195 angeordnet, der den Kollektorbereich 182 von
einem n-dotierten Dotierbereich 198 isoliert. Der Dotierbereich 198 dient
zum Anschluss der vergrabenen Kollektorzuleitung 180. Der
flache Isoliergraben 129 wird von einem weiteren tiefen
Isoliergraben 196 durchdrungen. Der Isoliergraben 194 wird
von einem tiefen Isoliergraben 197 durchdrungen.
-
Auch
auf den Isoliergräben 129, 195 und 194 ist
ebenfalls die Isolierschicht 143 angeordnet. Die Isolierschicht 143 hat
im Bereich des npn-Transistors 104 eine Aussparung 200,
in der eine durch selektive Epitaxie aufgewachsene Silizium-Germaniumschicht angeordnet
ist. Die Aussparung 200 und damit die Silizium-Germaniumschicht
enthält
den Basisbereich 184 und den Emitterbereich 186 des
npn-Transistors 104.
-
In
der Isolierschicht 143 befindet sich im Bereich des npn-Transistors 104 außerdem eine
Aussparung 202, in der ein stark n-dotierter polykristalliner
Kollektoranschlussbereich 204 bspw. aus Silizium angeordnet
ist. Der Dotierstoff des Kollektoranschlussbereiches 204 ist
zum Teil in das Substrat 108 eindiffundiert worden und
bildet dort einen Diffusionsbereich 206, der an den Dotierbereich 198 angrenzt. Der
Kollektoranschlussbereich 204 ist über einen metallischen Kollektoranschluss 208 angeschlossen.
-
Den
Rand der Aussparung 200 überlappend sind auf der Isolierschicht 143 und
auf der Silizium-Germanium-Schicht 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 einer Deckschicht 214 bedeckt.
Der polykristalline Bereich 212 ist über einen metallischen Basisanschluss 230 angeschlossen.
-
An
den Seitenflächen
der polykristallinen Bereiche 210, 212 und der
Bereiche der Deckschicht 214 sind in einer Aussparung 216 Spacer 220 und 222 angeordnet,
die an den polykristallinen Emitteranschlussbereich 188 angrenzen.
Die Spacer 220 und 222 sind ebenfalls Einfachspacer
oder Doppelspacer.
-
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 zum
Anschluss des Basisbereiches 184. Auch der Emitterbereich 186 ist
durch Ausdiffusion von Dotierstoffen entstanden, jedoch aus dem
Emitteranschlussbereich 188.
-
Die
Transistoren 102 und 104 sind beispielsweise radialsymmetrische
Transistoren oder Transistoren, deren Schichten sich senkrecht zur
Blattebene nach hinten oder nach vorne fortsetzen.
-
3 zeigt
eine Herstellungsstufe der integrierten Schaltungsanordnung 100.
Ausgehend vom p-dotierten Substrat 108 wird zunächst im
Bereich des npn-Transistors 104 die n-dotierte vergrabene Kollektorzuleitung 180 durch
Implantation und anschließende
Eindiffusion erzeugt. Im Bereich des pnp-Transistors wird dann die n-Wanne 110 implantiert,
die zur Isolation des Transistors 102 gegen das Substrat 108 dient.
-
Danach
wird durch ganzflächige
Epitaxie die n-Epitaxieschicht 126 aufgebracht mit einer Dotierstoffkonzentration
von bspw. 1017 cm–3.
Alternativ wird keine Epitaxieschicht aufgebracht, sofern die Bereiche 110 und 180 mit
höherer
Energie implantiert werden. In der Epitaxieschicht 126 werden
danach mit Hilfe eines fotolithografischen Prozesses die flachen
Isoliergräben 125 bis 129 sowie 194 und 195 gebildet,
beispielsweise mit Hilfe einer reaktiven Ionenätzung. Anschließend werden
die tiefen Isoliergräben 130, 132, 196 und 197 hergestellt.
Danach werden die flachen Isoliergräben 125 bis 129 sowie 194 und 195 und
auch die tiefen Isoliergräben 130, 132, 196 und 197 mit
Siliziumdioxid gefüllt,
das anschließend
planarisiert wird. Alternativ lässt
sich an Stelle der flachen Isoliergräben 125 bis 129 sowie 194 und 195 auch
eine LOCOS-Technik (LOCal Oxidization of Silicon) verwenden. Durch
die flachen Isoliergräben 125 bis 129 sowie 194 und 195 wird
auch die Lage der Dotierbereiche 133 bis 135,
des Dotierbereichs 198 und des Kollektorbereiches 182 des npn-Transistors 102 festgelegt.
-
Anschließend wird
eine dünne
Streuoxidschicht 240 aufgebracht. Die Streuoxidschicht 240 ist bspw.
20 nm (Nanometer) dick.
-
In
einem folgenden optionalen 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.
-
Danach
werden unter Zuhilfenahme weiterer Zusatzmasken die vergrabene Kollektorzuleitung 111 und
der p-Dotierbereich 136 erzeugt, der zum Anschluss des
Kollektorbereiches 114 des pnp-Transistors 102 dient.
Weiterhin werden die vertikalen Dotierbereiche 112 und 113 implantiert.
-
Nach
der Durchführung
dieser Implantationsschritte wird das Streuoxid lokal entfernt.
Dazu lässt
sich die bereits zur Implantation der Kollektorzuleitung 111 verwendete
Maske in einem fotolithografischen Prozess nochmals verwenden. Es
entsteht in der Streuoxidschicht 240 eine Aussparung 242,
die oberhalb der Kollektorzuleitung 111 des pnp-Transistors 102 liegt.
-
In
einem folgenden Verfahrensschritt wird eine amorphe oder polykristalline
Siliziumschicht abgeschieden, die auch den späteren Basisanschlussbereich 139 enthält. Danach
wird auf die noch vollständig
unstrukturierte Siliziumschicht die Deckschicht 140 aufgebracht,
bspw. in einem TEOS-Verfahren (tetra ethyl ortho silicate).
-
Auf
die Deckschicht 140 wird dann eine Fotolackschicht 250 aufgebracht.
Die Fotolackschicht 250 wird selektiv belichtet und entwickelt,
um die Lage der Aussparung 142 und des Basisanschlussbereiches 139 festzulegen.
Anschließend
wird die Aussparungen 142 geätzt und die polykristalline
Siliziumschicht sowie die Deckschicht 140 werden in den
nicht den Basisanschlussbereich 139 bildenden Bereichen
entfernt, beispielsweise mit Hilfe eines reaktiven Ionenätzprozesses,
siehe Pfeile 252 oder nass-chemisch. Dabei wird das Substrat 108 unterhalb
der Aussparung 142, d.h. im zukünftigen pnp-Emitterbereich, nur gering angeätzt. Insbesondere
ist kein langes Überätzen erforderlich.
Alternativ lässt
sich auch eine Hartmaske, insbesondere eine Siliziumnitrid-Hartmaske,
zur Strukturierung der polykristallinen Siliziumschicht und der
Deckschicht 140 verwenden. Die Reste der Fotolackschicht 250 und ggf.
die Hartmaske werden nach der Strukturierung des Basisanschlussbereiches 139 wieder
entfernt.
-
Wie
in 4 dargestellt, wird anschließend innerhalb der Aussparung 242 der
Streuoxidschicht 240 an den nicht vom Basisanschlussbereich
bedeckten Stellen eine dünne
Streuoxidschicht 254 erzeugt, bspw. durch eine thermische
Oxidation.
-
Ohne
Verwendung einer zusätzlichen
Maske oder unter Verwendung einer Maske mit großen Toleranzen wird anschließend unter
der Aussparung 142 der Basisbereich 116 selbstjustierend
implantiert. Ohne Verwendung einer zusätzlichen Maske oder unter Verwendung
einer Maske mit großen
Toleranzen wird danach der Kollektorbereich 114 selbstjustierend
implantiert, der ebenfalls unterhalb der Aussparung 142 angeordnet
ist.
-
Die
Tiefe des Basisbereiches 116 ist damit unabhängig von
der Überätzung beim
Erzeugen der Aussparung 142. Der Anschluss des Basisbereiches 116 wird über eine
Ausdiffusion aus dem n-Polysilizium
des Basisanschlussbereiches 139 erzeugt. Diese Ausdiffusion
wird bspw. zu einem späteren
Zeitpunkt durchgeführt.
-
Wie
in 5 dargestellt, werden nach den beiden Implantationen
die Streuoxidschichten 240 und 254 entfernt. Anschließend wird
die Isolierschicht 143 ganzflächig abgeschieden, bspw. in
einem TEOS-Verfahren (tetra ethyl ortho silicate) mit einer Dicke
von bspw. 200 nm.
-
Danach
wird eine Fotolackschicht 260 auf die Isolierschicht 143 aufgebracht
und selektiv belichtet, um die Lage der Aus sparungen 156, 170, 162, 202 sowie
einer Aussparung 262 auf der Deckschicht 140 festzulegen.
Danach wird die Fotolackschicht 260 entwickelt. Mit einem
anisotropen Ätzprozess werden
danach die Aussparungen 156, 170, 162, 202 und 262 geätzt, wobei
unterhalb der Aussparung 262 in der Aussparung 142 die
Spacer 144 und 146 erzeugt werden. Die anisotrope
Atzung wird bspw. trockenchemisch durchgeführt.
-
Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel wird über der
Isolierschicht 143 bspw. eine Nitridschicht erzeugt, die
anisotrop geätzt
wird, so dass erste Bereiche von Doppelspacern entstehen. Danach
wird die Isolierschicht 143 isotrop geätzt, wobei die Doppelspacer
entstehen. Die Anätzung
des pnp-Basisbereiches 116 wird durch die Verwendung von
Doppelspacern geringer, insbesondere bei nasschemischer isotroper Ätzung.
-
Während der
Erzeugung der Spacer 144 und 146 schützt die
Fotolackschicht 260 die Isolierschicht 143 oberhalb
des Kollektorbereiches 182 vor Anätzungen. Bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel liegt
die Aussparung 262 nicht auf der Deckschicht 140 sondern
auf den Isoliergräben 127 und 128.
-
Wie
wieder in 2 dargestellt, werden anschließend die
Reste der Fotolackschicht 260 entfernt. Es wird eine p-dotierte polykristalline
Siliziumschicht abgeschieden. Auf die Siliziumschicht wird die Deckschicht 214 aufgebracht,
beispielsweise mit Hilfe eines Abscheidungsprozesses. Anschließend wird
eine nicht dargestellte Fotolackschicht aufgebracht und selektiv
belichtet. Die belichtete Fotolackschicht wird entwickelt, um die
Grenzen des polykristallinen Emitteranschlussbereiches 120,
des polykristallinen Kollektoranschlussbereiches 172, des
polykristallinen Bereiches 210 und des polykristallinen Bereiches 212 festzulegen.
Anschließend
werden die Deckschicht 214 und die polykristalline Siliziumschicht
mit Hilfe der strukturierten Fotolackschicht strukturiert, wobei
der Emitteranschlussbereich 120, der Kollektoranschlussbereich 172,
der polykristalline Bereich 210 und der polykristalline
Bereich 212 aus der polykristallinen Schicht erzeugt werden.
Beispielsweise wird eine reaktive Ionenätzung verwendet. Für den Kollektoranschlussbereich 172,
den polykristallinen Bereich 210 und den polykristalline
Bereich 212 dient die Isolierschicht 143 als Ätzstoppschicht.
Für den
Emitteranschlussbereich 120 dient die Deckschicht 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.
-
Wie
weiter aus der 2 ersichtlich, wird anschließend der
npn-Transistor 104 vervollständigt. Im Bereich des npn-Transistors 104 werden
in der folgenden Reihenfolge insbesondere erzeugt:
- – die
Spacer 220 und 222, wobei ggf. auch nicht dargestellte
gleichartige Spacer am Kollektoranschlussbereich 172 und
am Emitteranschlussbereich entstehen,
- – die
Aussparung 200 durch nass-chemisches Ätzen der Isolierschicht 143,
- – die
selektive Epitaxieschicht in der Aussparung 200,
- – der
Kollektoranschlussbereich 204 und der Emitteranschlussbereich 188 aus
einer n-dotierten polykristallinen Siliziumschicht mit Hilfe eines fotolithografischen
Verfahrens, wobei gleichzeitig vorzugsweise auch die Wannenanschlussbereiche 158 und 162 erzeugt
werden.
-
Anschließend erfolgt
eine Temperung zur Diffusion der Dotierstoffe auf dem polykristallinem
Silizium. Dabei werden der Emitterbereich 118, die Dotierbereiche 159, 174, 166 und 206,
die Dotierbereiche 232 und 234 sowie der Emitterbereich 186 erzeugt.
Gleichzeitig diffundieren bspw. auch die Diffusionsbereiche zum
Anschluss des Basisbereiches 116 aus dem Basisanschlussbereich 139 aus.
-
Anschließend wird
die Zwischenlager-Isolierschicht 178 aufgebracht, planarisiert
und mit Hilfe eines weiteren fotolitho grafischen Verfahrens strukturiert.
In die entstehenden Kontaktlöcher
werden die metallischen Kontakte eingebracht. Anschließend werden
weitere Metallisierungslagen erzeugt.
-
Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
werden zusätzlich
zu den beiden Bipolartransistortypen noch Feldeffekttransistoren
in der integrierten Schaltungsanordnung 100 integriert,
so dass bspw. eine BiCMOS-Schaltungsanordnung (Bipolar Complementary
Metal Oxide Semiconductor) entsteht. Weitere Abwandlungen sind ein
Multiemittertransistor, zusätzliche
Kollektorkontakte oder auch nur ein metallischer Basisanschluss.
-
Durch
die erläuterten
Verfahren wird ein vertikaler pnp-Transistor 102 auf einfache
Art in einen Bipolar -(BiCMOS)-Prozess
integriert. Die elektrischen Eigenschaften vorhandener Bauteile,
insbesondere des npn-Transistors 104, wird nicht beeinträchtigt.
Bei der Herstellung des npn-Transistors 104 erforderliche
Schichten und Fotoebenen werden in großer Zahl auch für die Herstellung
des pnp-Transistors 102 verwendet. Als Ausführungsbeispiel
wurde eine spezielle Technologie mit selektiver Silizium-Germanium-Basisepitaxie
erläutert.
Jedoch lässt sich
die Herstellung des pnp-Transistors 102 auch bei anderen
Bipolarprozessen beibehalten.
-
Bei
den Ausführungsbeispielen
entsteht ein großer
Synergiegewinn, weil das npn-Basispoly als pnp-Emitterpoly verwendet
wird. Der npn-Transistor 104 und der pnp-Transistor 102 werden
als sogenannte Doppelpoly-selfaligned Transistoren ausgebildet.
-
Bei
den erläuterten
Verfahren muss das pnp-Basispoly nicht mehr über den Emitteranschlussbereich
gezogen werden, um einen Ätzstop auf
einer unter dem Emitteranschlussbereich liegenden Oxidschicht zu
ermöglichen.
Die Lagefehlertoleranzen der Kontaktierung begrenzen somit nicht mehr
die minimale Emitterbreite. Aber selbst wenn man pnp-Basispoly über das
Emitterpoly zieht, wird damit die minimale Emitterbreite nicht beeinträchtigt, da
sich der Emitteranschlussbereich nach oben verbreitert. Die Aussparung 142 im
Basisanschlussbereich 140 und die in ihr angeordneten Spacer 142, 146 begrenzen
die Breite des elektrischen Kontaktes des Emitteranschlussbereiches 120 zum
Emitterbereich 118 das pnp-Transistors 102, so dass die
Breite des Kontaktes im Vergleich zur Breite des substratfernen
Teils des Emitteranschlussbereiches klein ist. Die Spacer 142 und 146 grenzen
direkt an den Emitteranschlussbereich 120 an.
-
Durch
das Verwenden einer n-Polyschicht als pnp-Basisanschluss 139 unter der
Deckschicht 140 aus Oxid erhält man insbesondere die folgenden Vorteile:
- – die
p-Polysiliziumätzung
kann auf der Deckschicht 140 stoppen und eine Überätzung im npn-Emitterfenster
ist unkritisch,
- – Die
Emitterbreite des pnp-Transistors 102 kann deutlich reduziert
werden,
- – Der
pnp-Basislinkwiderstand des pnp-Transistors 102 wird durch
die Verminderung der Anätzung
des Basisgebietes verringert,
- – Es
besteht die Möglichkeit
den Kollektor des pnp-Transistors 102 durch
das Emitterfenster zu implantieren und ihn somit lateral stark einzugrenzen
(SIC Implantation) was die Basis-Kollektor-Kapazität reduziert.
- – Die
zusätzliche
n-Polyschicht kann auch als separate Widerstandsebene oder zur Optimierung anderer
Bauelemente verwendet werden, z.B. für Dioden, Kapazitäten, Gatepoly
oder als Verdrahtungsebene.