DE3208259C2 - - Google Patents
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- H01L29/66272—Silicon vertical transistors
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen
einer Halbleiteranordnung mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 (JP-OS 55-24 444).
Die Fig. 1(a) bis 1(f) zeigen Schnitte durch
verschiedene Stufen der Herstellung einer bipolaren
integrierten Schaltung mit einer Oxid-Trennschicht,
die nach dem oben angegebenen herkömmlichen Verfahren
zur Herstellung einer Halbleiteranordnung ausgebildet
wurde.
In Fig. 1 sind die folgenden Einzelteile zu erkennen:
Ein p-leitendes Substrat 1; ein in dem p-leitenden Substrat 1 ausgebildeter und eingebetteter Kollektor 2; eine Oxidschicht 3; eine n-leitende epitaxiale Schicht 4; eine als Trennschicht dienende Oxidschicht 5, die durch selektive Oxidation erhaltene Anordnungen trennt; eine felddotierte Schicht 6, die aus einer p⁺-leitenden Schicht hergestellt ist, um eine Feld umkehr zu verhindern; diese Schicht wird durch Implan tation von Bor-Ionen in einen Feldteil, gefolgt durch selektive Oxidation, gebildet; eine als Oberflächen schutz dienende Oxidschicht 7 mit relativ geringer Dicke, beispielsweise einer Dicke von 100 nm; implan tierte Phosphor-Ionen 8; eine Resist- bzw. Schutzlack- bzw. Abdecklack-Maske 9 für die Kollektorwand; eine Kollektorwand 10; eine Resist-Maske 11 für eine Ba sis, die durch Lithographie bzw. Photogravüre aus gebildet wird; implantierte Bor-Ionen 12; eine Basis 13; einen offenen Teil 14 a des Emitters, einen offenen Teil 14 b der Basis; einen offenen Teil 14 c des Kollek tors; eine Resist-Maske 15 für den Emitter; implan tierte Arsen-Ionen 16; eine Kante 17 der zur Trennung dienenden Oxidschicht; eine als Oberflächenschutz dienende Oxidschicht 18 mit relativ großer Dicke, beispielsweise einer Dicke von etwa 400 nm; einen Emitter 19; eine Emitter-Verdrahtung 20; eine Basis- Verdrahtung 21; und eine Kollektorverdrahtung 22. Diese Verdrahtung kann jeweils durch einzelne An schlüsse gebildet werden.
Ein p-leitendes Substrat 1; ein in dem p-leitenden Substrat 1 ausgebildeter und eingebetteter Kollektor 2; eine Oxidschicht 3; eine n-leitende epitaxiale Schicht 4; eine als Trennschicht dienende Oxidschicht 5, die durch selektive Oxidation erhaltene Anordnungen trennt; eine felddotierte Schicht 6, die aus einer p⁺-leitenden Schicht hergestellt ist, um eine Feld umkehr zu verhindern; diese Schicht wird durch Implan tation von Bor-Ionen in einen Feldteil, gefolgt durch selektive Oxidation, gebildet; eine als Oberflächen schutz dienende Oxidschicht 7 mit relativ geringer Dicke, beispielsweise einer Dicke von 100 nm; implan tierte Phosphor-Ionen 8; eine Resist- bzw. Schutzlack- bzw. Abdecklack-Maske 9 für die Kollektorwand; eine Kollektorwand 10; eine Resist-Maske 11 für eine Ba sis, die durch Lithographie bzw. Photogravüre aus gebildet wird; implantierte Bor-Ionen 12; eine Basis 13; einen offenen Teil 14 a des Emitters, einen offenen Teil 14 b der Basis; einen offenen Teil 14 c des Kollek tors; eine Resist-Maske 15 für den Emitter; implan tierte Arsen-Ionen 16; eine Kante 17 der zur Trennung dienenden Oxidschicht; eine als Oberflächenschutz dienende Oxidschicht 18 mit relativ großer Dicke, beispielsweise einer Dicke von etwa 400 nm; einen Emitter 19; eine Emitter-Verdrahtung 20; eine Basis- Verdrahtung 21; und eine Kollektorverdrahtung 22. Diese Verdrahtung kann jeweils durch einzelne An schlüsse gebildet werden.
Im folgenden soll das Verfahren zum Herstellen einer
Halbleiteranordnung mit der oben erläuterten Struk
tur beschrieben werden. Wie man in Fig. 1(a) erken
nen kann, wird der eingebettete Kollektor 2 in dem
p-leitenden Substrat durch thermische Diffusion oder
Ionen-Implantation von As oder Sb ausgebildet, um
die Dotierung und die Diffusion in Längsrichtung zu
erreichen. Gemäß Fig. 1(b) wird die Oberflächenoxid
schicht 3 entfernt und die n-leitende epitaxiale
Schicht 4 durch Aufwachsen aufgebracht; die tren
nende Oxidschicht 5 für die Trennung der Anordnungen
wird durch selektive Oxidation in einem entsprechen
den Schritt ausgebildet. Vor der selektiven Oxida
tion werden Bor-Ionen in den Feldteil implantiert,
um die felddotierte Schicht 6, die aus der p⁺-leiten
den Schicht hergestellt ist, für die Verhinderung
der Feldumkehr auszubilden. Wie man in Fig. 1(c) er
kennen kann, wird dann die als Oberflächenschutz
dienende Oxidschicht 7 mit relativ geringer Dicke
beispielsweise einer Dicke von 100 nm, hergestellt;
dann wird der offene Teil der Kollektorwand durch
Photogravüre ausgebildet; die Phosphor-Ionen 8 wer
den mit der Resist-Maske 9 für die Kollektorwand
implantiert. Wie man in Fig. 1(d) erkennt, wird
dann die Kollektorwand 10 ausgebildet. Anschließend wer
den die Resist-Maske 11 für die Basis durch Photo
gravüre ausgebildet und dann die Bor-Ionen 12 implan
tiert. Wie man in Fig. 1(e) erkennt, wird dann die
Basis 13 hergestellt. Anschließend werden der offene
Teil 14 a des Emitters, der offene Teil 14 b der
Basis und der offene Teil 14 c des Kollektors gebildet.
Der offene Teil 14 a des Emitters und der
offene Teil 14 c des Kollektors werden nicht bedeckt;
der offene Teil 14 b der Basis wird jedoch mit der
Resist-Maske 15 für den Emitter bedeckt; dann werden
die Arsen-Ionen 16 implantiert. Wie man in Fig. 1(f)
erkennt, wird dann der Emitter 19 hergestellt. An
schließend wird die Resist-Maske entfernt, und der
Emitter-Anschluß 20, der Basis-Anschluß 21 und der
Kollektor-Anschluß 22 werden durch Metallisierung aus
gebildet. Nach diesem Verfahrensschritt erfolgt die
Passivierung oder die Verdrahtung der verschiedenen
Schichten durch eine geeignete Vorrichtung.
Wenn mit dem herkömmlichen Verfahren eine Halbleiter
anordnung mit einer mit mindestens einer Wand versehenen
Emitter-Struktur mit einem Emitter hergestellt wird,
bei dem wenigstens eine seitliche Oberfläche durch eine
trennende Oxidschicht bedeckt ist, unterscheidet sich die
Struktur der Kante 17 der trennenden Oxidschicht 5 und
der Kante 17 des offenen Teils 14 a des Emitters als Mas
ke beim Ätzen der Oxidschicht für die Bildung des offenen
Teils 14 a des Emitters bzw. der anderen offenen
Teile bei der Implantation der Bor-Ionen 12 für
die Bildung der Basis 13 und bei der Implantation
der Arsen-Ionen 16 für die Bildung des Emitters 19.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist der Basis-Über
gang an der Kante der trennenden Oxidschicht 5 dünn,
während der Emitter-Übergang tief bzw. dick ist, wo
durch sich ein wesentlicher Nachteil ergibt, daß sich
nämlich leicht ein Kurzschluß zwischen Emitter/Kollektor
bilden kann; diese Kurzschlußstrecke passiert den
Emitter an einem bestimmten Bereich (der in Fig. 2
durch die ovale, gestrichelte Linie angedeutet ist).
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
zum Herstellen einer Halbleiteranordnung zu schaffen,
bei dem die Ausbildung eines Emitter/Kollektor-
Kurzschlusses sicher vermieden wird, der bei einer
mit einer Wand versehenen Emitter-Struktur leicht
entstehen kann.
Dies wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
Es ist an sich zur Herstellung einer Halbleiteran
ordnung bekannt (FR-OS 24 54 698), zunächst eine
mehrteilige Basis auszubilden, deren Teile im Niveau
tiefer als der Emitter und beidseits davon liegen.
Dabei reicht der der Oxidtrennschicht benachbarte
Abschnitt der Basis teilweise unter den Oxidbereich,
der somit "überhängend" ausgebildet ist. Dieser
Basisbereich stellt eine Isolation zwischen Kollektor
und Emitter sicher und wird, da er überdeckt ist,
bei der Ausbildung der Basisintrinsiczone und dem
Emitter nicht mehr beeinflußt.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die
schematischen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1(a) bis (f) Schnittansichten zur Erläuterung der verschiedenen
Stufen des herkömmlichen Verfahrens zum Her
stellen einer Halbleiteranordnung,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen vergrößerten Teil
einer Halbleiteranordnung zur Erläuterung
der Stufen nach den Fig. 1(a) bis 1(f);
Fig. 3(a) bis 3(g) Schnittansichten zur Erläuterung der verschiedenen
Verfahrensschritte bei einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Her
stellen einer Halbleiteranordnung,
Fig. 4(a) bis 4(g) Schnittansichten zur Erläuterung der verschiedenen Verfah
rensschritte eines weiteren Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch
einen Teil einer Halbleiteranordnung zur Er
läuterung der Verfahrensschritte nach den Fig.
3(a) bis 3(g) oder nach den Fig.
4(a) bis 4(g); und
Fig. 6 die Kennlinien von Transistoren mit einer mit
einer Wand versehenen Emitter-Struktur, die
durch die Verfahrensschritte nach den Fig.
3(a) bis 3(g) und 4(a) bis 4(g) erhalten
wurde.
In der Fig. 3(f)
bezeichnet das Bezugszeichen 23 eine Resist- bzw.
Schutzlack-Maske für eine Basis; dabei handelt es sich
um eine übergroße Maske, so daß durch Implantation
von Bor-Ionen entsprechend der Form des offenen Teils
14 a des Emitters und der Kante 17 der trennenden Oxid
schicht 5 eine aktive Basis 24 gebildet wird.
Nun soll das Herstellen der Halbleiteranordnung mit
dieser Struktur erläutert werden.
Wie man in Fig. 3(a) erkennt, wird der eingebettete
Kollektor 2 in dem p-leitenden Substrat 1 durch Do
tierung von As oder Sb durch thermische Diffusion oder
durch die Implantation von Ionen in langgestreckter
bzw. Längsdiffusion ausgebildet. Wie man in Fig. 3(b)
erkennt, wird die Oberflächen-Oxidschicht 3 entfernt
und die n-leitende, epitaxiale Oxidschicht 4 durch Auf
wachsen aufgebracht; dann wird die trennende Oxid
schicht 5 für die Trennung der Anordnungen durch selek
tive Oxidation ausgebildet. Vor der selektiven Oxida
tion werden die Bor-Ionen in den Feldteil implantiert,
um zur Verhinderung einer Feldumkehr während der selek
tiven Oxidation die felddotierte Schicht 6 herzustellen,
die aus der p⁺-leitenden Schicht besteht. Wie man in
Fig. 3(c) erkennt, wird dann die als Oberflächenschutz
dienende Schicht 7 mit relativ geringer Dicke ausgebildet,
beispielsweise einer Dicke von 100 nm; anschließend wird
in der Kollektorwand durch Photogravüre bzw. Lithographie
der offene Teil ausgebildet. Die Phosphor-Ionen 8 werden
mit der Resist-Maske 9 für die Kollektorwand implantiert.
Wie man in Fig. 3(d) erkennt, wird dann die Kollektor
wand 10 hergestellt. Anschließend werden die Resist-Maske 11
für die Basis durch Photogravüre hergestellt und die Bor-
Ionen 12 implantiert. Wie man in Fig. 3(e) erkennt,
wird dadurch die Basis 13 ausgebildet. Anschließend wer
den die Öffnung 14 a für den
Emitter, die Öffnung 14 b für die Basis und die Öff
nung 14 c für den Kollektor hergestellt. Die Arsen-
Ionen 16 werden mit der Resist-Maske 15 für den
Emitter nur unter Bedeckung der Öffnung 14 b für die
Basis, jedoch ohne Bedeckung der Öffnung 14 a für den
Emitter sowie der Öffnung 14 c für den Kollektor implan
tiert. Wie man in Fig. 3(f) erkennt, wird dadurch
der Emitter 19 ausgebildet. Die Bor-Ionen 12 werden mit
der Resist-Maske 23 für die Basis 24 implantiert. In diesem
Fall handelt es sich bei der Resist-Maske 23 für die Basis
24 um eine übergroße Maske. Die Bor-Ionen werden ent
sprechend der Form der Öffnung 14 a für den Emitter und
der Kante 17 der trennenden Oxidschicht 5 implantiert.
Deshalb entsteht die aktive Basis 24, wie man in Fig.
3(g) erkennen kann. Als Ergebnis hiervon wird die Basis
dieser Halbleiteranordnung durch eine Kombination der Ba
sis 13 und der aktiven Basis 24 gebildet. Der Schutzlack
wird entfernt, und der Anschluß 20 für den Emitter, der
Anschluß 21 für die Basis und der Anschluß 22 für den Kollektor
werden durch Metallisierung ausgebildet. Nach diesen
Verfahrensschritten erfolgt die Passivierung oder die Ver
drahtung der verschiedenen Schichten durch eine geeignete
Vorrichtung.
Fig. 4(a) bis 4(g) zeigen Schnittansichten zur Erläuterung der Ver
fahrensschritte für ein weiteres Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Diese Schritte ähneln den Schritten nach den Fig.
3(a) bis 3(g). Wie in Fig. 4(f) zu erkennen
ist, wird die Basis 24 durch Implantation der Bor-
Ionen 12 mit der Resist-Maske 15 für den Emitter aus
gebildet, die für die Implantation der Arsen-Ionen 16
eingesetzt wurde. Die Bor-Ionen 12 werden im wesentlichen
in den Emitter-Teil 19 und den Kollektor-Teil 2 implan
tiert; die aktive Basis 24 wird jedoch nur direkt unter
dem Emitter ausgebildet, und zwar wegen des Vorhanden
seins der Kollektorwand 10. Es ist selbstverständlich
möglich, bei der Implantation der Ionen die Reihenfolge
der Schritte nach den Fig. 4(e) und 4(f) umzukehren.
Die in Fig. 5 gezeigte Schnitt-Struktur der Implantation
wird an dem Teil ausgebildet, an dem durch Implantation
der Bor-Ionen direkt unter dem Emitter die trennende Oxid
schicht den Emitter/Basis-Übergang berührt. Dadurch wird
vor dem Ätzen der Oxidschicht die Basis 13 längs der Kante
der trennenden Oxidschicht ausgebildet, und die aktive Ba
sis 24 wird nach dem Ätzen der Oxidschicht längs der Kante
der trennenden Oxidschicht ausgebildet. Die aktive Basis
24 wird durch Implantation durch die Kante 17 der gleichen
trennenden Oxidschicht 5 des Emitters 19 und die Öffnung
14 a für den Emitter hergestellt, wodurch der Übergang in
der Nähe der Kante 17 eine ähnliche Form hat. Deshalb kann
ein Kurzschluß im Emitter/Kollektor-Bereich sowie das Auf
treten von Leckströmen verhindert werden. Obwohl also eine
Halbleiteranordnung mit einer eine Wand aufweisenden Emitter-
Struktur hergestellt wird, ist die Ergiebigkeit bzw. der
Wirkungsgrad des effektiven Übergangs bemerkenswert hoch.
Fig. 6 zeigt die Kennlinien von Transistoren mit
einer mit einer Wand versehenen Emitter-Struktur,
die mit den in den Fig. 3(a) bis 3(g) oder
4(a) bis 4(g) dargestellten Verfahrensschritten
hergestellt worden ist; dabei ist als Beispiel die
Beziehung zwischen der Implantation (Implantations
energie von 35 keV) in der aktiven Basis 24 unter
den Implantations-Bedingungen für die Basis 13 von
50 keV und 3 bis 7 × 1013/cm2 und dem Stromverstär
kungsfaktor h FE des sich ergebenden Transistors
aufgetragen. In diesem Fall werden die Arsen-Ionen
in den Emitter mit 150 keV und 4 × 1015/cm2 implan
tiert. Ein gewünschter Stromverstärkungsfaktor h FE
ergibt sich aus der Kombination der Implantations-
Bedingungen für die Basis 13 und die aktive Basis 24.
Dies stellt ein sehr effektives Mittel für die Er
zielung breiter Verfahrensbedingungen dar. In Fig.
6 zeigt die Linie 25 a den Fall, bei dem die
Implantation für die Basis 13 bei 7 × 1013/cm2 erfolgt,
die Linie 25 b zeigt den Fall, daß die Implan
tation für die Basis 13 bei 5 × 1013/cm2 erfolgt; die
Linie 25 c stellt schließlich den Fall dar, daß
die Implantation der Basis 13 bei 3 × 1013/cm2 durch
geführt wird.
Claims (4)
1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, bei dem in
einem Substrat (1) zunächst ein Kollektorbereich (2) ausgebildet
wird, dann eine diesen Kollektorbereich (2) umgebende Oxid-Trenn
schicht (5) aufgebracht wird, daraufhin im Kollektorbereich (2)
durch eine Ionenimplantation (12) mittels einer Maske (11) ein seit
lich an die Oxidschicht (5) angrenzender Basisbereich (13) und
durch eine Ionenimplantation (16) mittels einer Maske (15) in dem Basisbereich (13) ein
ebenfalls seitlich an die Oxidschicht (5) angrenzender Emitterbe
reich (19) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
nach der Ausbildung des Emitterbereichs (19) durch eine weitere
Ionenimplantation (12, Fig. 3f, Fig. 4f) mittels einer Maske (15, 23)
unterhalb des Emitterbereichs (19) ein seitlich an die Oxidschicht (5) angrenzender aktiver Basisbereich (24)
ausgebildet wird.
2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Maske,
die zur Herstellung der aktiven Basis verwendet wird,
Übergröße hat.
3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öff
nung für den Emitter durch eine Maske für den
Emitter gebildet wird, und daß die aktive Basis unter
Verwendung dieser Maske herge
stellt wird.
4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranord
nung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Emitter durch Ionenimplantation durch die Öffnung der Maske für
den Emitter ausgebildet wird
und daß dann die
Maske für die Ausbildung des Emitters entfernt wird, um die
Maske für die Basis zu bilden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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