DE3223230A1 - Halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Halbleitervorrichtung und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA TOKYO / Japan
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere eine
solche, die eine bipolare integrierte Schaltung mit I2L-Elementen
enthält.
Ein I*L-Element (integrierte Injektionslogik) ist ein
Logikelement mit zusammengesetztem Aufbau, der einen Vertikaltransistor (z.B. einen npn-Transistor) von invertiertem
Aufbau und einen Lateraltransistor (z.B.
einen pnp-Transistor) von komplementärem Aufbau zum Vertikaltransistor enthält. In einem I2L mit oben beschriebenem
Aufbau dient der Lateraltransistor als Injektor für das Injizieren der Ladung in die Basis des
Vertikaltransistors, der seinerseits als Inverter wirkt.
Aus diesem Grunde erhält ein I2L wesentliche Beachtung
als Logikelement, das eine kleine Logikamplitude besitzt und sehr schnell mit niedrigem Energieverbrauch arbeiten
kann. Da die Elementenisolation zwischen dem Vertikal- und dem Lateraltransistor unnötig ist, kann mit einem
I2L eine hohe Integrationsdichte erzielt werden, so daß
es sich für integrierte Schaltungen großen Umfangs eignet,
Da außerdem das IaL Bipolarprozeßtechnik aufweist,
können auf demselben Chip andere Bipolarschaltkreise wie lineare Schaltungen oder ein ECL (emittergekoppelte
Logik) leicht ausgebildet werden, womit ein integrierter
Schaltkreis mit Vielfachfunktion hergestellt werden kann. .
Es wurden zahlreiche Untersuchungen angestellt, um beim I2L eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen.
Es wurde kürzlich dargelegt, daß es wichtig ist, eine kurze Speicherzeit zu erreichen, das ist die Zeit, die
ein Schalttransistor benötigt, um die im Emitter- oder Basisbereich eines Schalttransistors der folgenden Stufe
gespeicherten Minoritätsträger abzuführen. Dies ist z.B. beschrieben im IEEE Journal of Solid-state Circuits,
Vol. SC-14. No. 2, April 1979, S. 327 bis 336. Um das
Speichern der Minoritätsträger zu beseitigen, ist es ' zweckmäßig, das Konzentrationsprofil der Epitaxialhalbleiterschicht
und des Emitterbereichs zu optimieren wie auch die Größe des Bereichs, in dem die Minoritätsträger
gespeichert sind, so klein wie möglich zu halten. Aus dieser Sicht wurde bisher vorgeschlagen,
ein I2L mit nachfolgend beschriebenem Verfahren herzustellen.
Bei diesem bekannten Verfahren, das in den Fig. 1a bis 1c dargestellt ist, wird eine verdeckt
liegende η -Schicht 2 selektiv in einem p-Siliciumsubstrat 1 gebildet. Nach Aufwachsen einer n-Epitaxialschicht
3 auf dem Substrat 1 wird ein dicker Feldoxidfilm 4 durch selektive Oxidation als Elementisolation
gebildet. Nach selektiver Bildung eines Siliciumoxidfilms 5 auf dem das zukünftige Element bildenden Bereich
mit einem CVD-Prozeß oder durch Fotodruck, wird Bor thermisch diffundiert, wobei der Siliciumoxidfilm
5 als Maske wirkt, um einen p-Basisbereich 6 und einen
p-Injektor 7 zu schaffen (Fig. 1a). In der nächsten Stufe wird ein arsendotierter, polykristalliner
Siliciumfilm (Arsen ist e Lne η-Verunreinigung) über der
gesamten Oberfläche des beschriebenen Aufbaus ausgebreitet. Der arsendotiertG, polykristalline Siliciumfilm
wird selektiv geätzt zur Bildung eines η -polykristallinen Siliciummusters 8a und 8b in den Kollektorbereich
bildenden Zonen (Fig. 1b). Durch Erhitzen wird eine thermische Oxidation vorgenommen, damit ein
dicker thermischer Oxidfilm 9 um die polykristallinen Muster 8a und 8b und ein dünner thermischer Oxidfilm
10 auf dem p-Injektor 7 wächst. In die Musterbereiche 8a, 8b aus polykristallinem Silicum hineindotiertes
Arsen diffundiert dabei in den p-Basisbereich 6 und bildet η -Kollektorbereiche 11a und 11b. Der dünne
thermische Oxidfilm 10 wird weggeätzt, wodurch die polykristallinen Siliciummusterbereiche 8a und 8b als
Kollektorelektroden 12a und 12b entstehen. Nachdem ein Aluminiumfilm über der gesamten Oberfläche ausgebreitet
worden ist, wird der Aluminiumfilm am Feld- ■ oxidfilm 4 und der Siliciumoxidfilm 5 in einem Muster
so weggeätzt, daß eine Basiselektrode 13 und eine Injektorelektrode 14 entsteht. Damit ist ein integrierter
Schaltkreis mit I2L fertiggestellt (Fig. 1c). In den Fig. 1a bis 1c bezeichnen die Ziffern 15a bis
15d Basiskontaktlöcher, während die Ziffer 16 ein Injektorkontaktloch kennzeichnet.
Bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren ist beim Herstellen eines ein I2L enthaltenden integrierten
Schaltkreises die gesamte Oberfläche des Substrats oxidiert worden, wobei unterschiedliche Xtzgeschwindigkeiten
der polykristallinen η -Siliciummuster 8a und 8b und des p-Basisbereichs 6 bei niedriger Temperatur
ausgenutzt werden. Danach kann nur ein dünner Abschnitt über dem p-Basisbereich 6 geätzt werden. Die Basiskontaktlöcher
können in Selbstausrichtung mit den Kollektorelektroden 12a und 12b hergestellt werden, so daß
die Basiselektrode 13 in der Lage ist, den Basisbereich 6 mit einer größeren Fläche zu berühren. Außerdem kann
der Bereich der Basiszone 6 kleiner gemacht werden als der Gesamtbereich der Kollektorzonen 11a und 1\b. Ein
so hergestelltes I2L ist in der Lage, sehr schnell zu arbeiten, und das Verhältnis von Kollektorbereich zu
Basisbereich (S /S) ist erhöht. Damit lassen sich ein verbesserter Stromverstärkungsfaktor (hpE) und eine.
höhere Integration erzielen. Bei einem derartigen
I2L kommen jedoch die Kollektorbereiche 11a und 11b
und die Basiskontaktlöcher 15a und 15b sehr nahe zusammen, wenn der Oxidfilm zu stark geätzt wird, so daß
dann dazwischen ein Leckstrom fließt. 20
Folgende Probleme ergeben sich bei der hochentwickelten Flächenmustergestaltung eines I2L-Aufbaus. Die
polykristalline η -Siliciumschicht, die im Muster so gestaltet wird, wie die polykristallinen η -Silicium-
.25 schichten 8a und 8b, und der p-Basisbereich 6 berühren einander. Um die polykristalline η -Siliciumschicht
selektiv zu ätzen, werden die Ätzgeschwindigkeiten der polykristallinen α -Siliciumschicht und des p-Bäsisbereichs
6 so gesteuert, daß der p-Basisbereich 6 nicht geätzt wird, wenn er nach dem selektiven Ätzen
der polykristallinen η -Siliciumschicht freiliegt. Um eine derartige selektive Ätzung zu erreichen, verwendet
man ein Ätzmittel folgender Zusammensetzung; HF : HNO3 : CH3COOH =1:3:8. Die Ätzgeschwindig-
keit der polykristallinen n+-Siliciumschicht ist
wenigstens zehnmal so hoch wie die des p-Basisbereichs
6. Ein Ätzmittel dieser Art eignet sich jedoch nicht für sehr hochentwickelte Ätzung. Wenn Breiten des
κ Musters der polykristallinen η -Siliciumschicht 1 bis
2 μ betragen und das oben beschriebene Ätzmittel verwendet wird/ dann werden die Seitenflächen der
polykristallinen η -Siliciumschicht durch isotropes Ätzen geätzt. Es ist deshalb schwierig, die Ätzung des
iQ polykristallinen η -Silic i.ummusters präzis zu steuern.
Auch ist es schwierig, die Ätzgeschwindigkeit auf der gesamten Fläche eines Plähtchens konstant zu halten.
Damit ist die Kompliziertheit des Musters begrenzt. Mittlerweile ist ein reaktives Ionenätzen (RIE) be-
^e kannt, bei dem durch anisotropes Ätzen Musterbreiten
von 1 bis 2 μ erreicht werden. Derzeit jedoch ist noch kein RIE-Verfahren bekannt, welches selektive Ätzung
einer polykristallinen η -Siliciumschicht und eines p-Bereiches ermöglicht. Wenn das herkömmliche RIE-"
Verfahren zum Ätzen der polykristallinen η -Siliciumschicht eingesetzt wird, wird auch der p-Basisbereich
geätzt. Dieses Verfahren eignet sich also nicht für die Herstellung eines I2L mit einem Aufbau gemäß Fig.
1c.
Unter Berücksichtigung vorstehend aufgeführter Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bipolare
Halbleitervorrichtung mit I2L-Elementen und ein Verfahren
zu ihrer Herstellung zu schaffen, wobei Basis-
QQ kontaktlöcher in selbstausgerichteter Weise in einer
polykristallinen η -Siliciumschicht gebildet werden, die als Diffusionsquelle für einen I2L-Kollektorbereich
oder als Kollektorleiterverbindung benutzt werden, um
den äußeren Basisbereich des I2L-Gates so klein wie
möglich zu halten, wodurch eine ausgefeilte Mustergestaltung erzielt wird und Leckströme zwischen Basis
O LLOLOU
und Kollektor des I2L vermieden werden, so daß eine
erhöhte Dichte und Schaltgeschwindigkeit des I2L erzielt
werden.
Gemäß der Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung geschaffen, gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat,
auf dem eine Halbleiterschicht einer ersten Leitfähigkeitstype gebildet ist, einen vorspringenden
Bereich, der über die Halbleiterschicht hervorragt und eine leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype und einen ersten Isolierfilm aufweist, die auf der
leitfähigen Schicht der ersten Leitfähigkeitstype ausgebildet sind, einen zweiten Isolierfilm, der auf
Seitenflächen der Vorsprünge gebildet ist, einen Störstellenbereich
einer zweiten Leitfähigkeitstype, der in einem vertieft liegenden Bereich um den vorspringenden
Bereich ausgebildet ist, und eine Leitungsverbindungsschicht, die mit dem Störstellenbereich der zweiten
Leitfähigkeitstype verbunden ist, wobei der Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype von der leitfähigen
Schicht der ersten Leitfähigkeitstype durch die Seitenflächen des vorspringenden Bereichs getrennt ist.
Des weiteren wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleitervorrichtung
geschaffen, welches durch folgende Schritte gekennzeichnet ist: ein erster Störstellenbereich einer
zweiten Leitfähigkeitstype wird in einer Halbleiter- .
schicht einer ersten Leitfähigkeitstype gebildet, die über einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; eine
leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype wird
selektiv auf dem ersten Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype ausgebildet, und es wird eine erste
Isolierschicht über der Leitfähigkeitsschicht der ersten
Leitfähigkeitstype erzeugt; es wird ein vor-
springender Bereich durch anisotropes Ätzen erzeugt, der die leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype
und die erste Isolierschicht umfaßt, wobei die erste Isolierschicht als Maske dient, so daß eine Nut
entsteht, die wenigstens bis zum ersten Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype reicht; zum
Abdecken der gesamten Oberfläche wird ein zweiter Iso-
2Q lierfilm gebildet und gleichzeitig wird ein zweiter
StörStellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype am
>3.rund der Nut erzeugt? der zweite Isolierfilm wird
selektiv derart weggeätzt, daß er nur an den Seitenflächen des \rorspringanilerx Bereichs stehenbleibt;
,g es wird ein© Leiterschicht abgelagertf die mit dem
zweiten Sfeörstellenberaich der zweiten Leitfähigkeit=; type
ski Grund der Nut leitend verbunden ist.
Zuerst wird, um auf einer leitenden Schicht wie einer
2Q polykristallinen η -Siliciumschicht, ein Muster auszubilden,
welches für die Kollektorleitungsverbindung benützt wird, gemäß der Erfindung anisotropes Ätzen,
etwa das RIE-Verfahren, angewendet, um die leitende
Schicht selektiv zu ätzen. Außerdem erstreckt sich die Rille oder Nut, die im Halbleitersubstrat gebildet
wird, über die leitende Schicht hinaus. Daraus folgt, daß ein Kollektorbereich in einer nicht geätzten Fortsetzung
gebildet wird, während das Basiskontaktloch im unteren Abschnitt der Rille gebildet wird. Das
Basiskontaktloch kann deshalb die Kollektorschicht nicht berühren, so daß ein Leckstromfluß oder Kurzschluß
dazwischen verhindert ist. Ein nach diesem Verfahren gemäß der Erfindung hergestelltes I2L besitzt
eine sehr feine Musterung, die für hohe Dichte erforderlich
ist. Zum zweiten wird gemäß der Erfindung ein Metall oder ein Metallsilizid für einen Schottky-
JZZOZOU
Kollektor und einen Kollektorelektrodenanschluß verwendet. Das I2L gemäß der Erfindung hat eine kleine
Logikamplitude verglichen mit herkömmlichen I2L. Somit
besitzt der Kollektorelektrodenanschluß einen niedrigen Widerstand, was bedeutet, daß das I2L mit hoher Geschwindigkeit
arbeitet und geringen Energieverbrauch hat.
Im einzelnen zeigt die Zeichnung:
Fig. 1a bis 1c eine Schnittwiedergabe zur Verdeutlichung
der Herstellungsschritte eines IaL nach herkömmlichem Verfahren;
Pig. 2a bis 2f Schnittdarstellungen, die die Herstellungsschritte eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen I2L
' zeigen;
Fig. 3 das Ersatzschaltbild einer I2L-Gate-
Schaltung mit Schottky-Kollektor;
Fig. 4a bis 4f Schnittbilder, die die Herstellungsschritte eines anderen erfindungs'gemäßen
Ausführungsbeispiels des I2L zeigen; und
Fig. 5a bis 5e Schnitte für die Erläuterung der Herstellungsstufen
eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
I2L.
Die Beschreibung gilt zunächst dem ersten Ausführungsbeispiel des I2L unter Bezugnahme auf die Fig. 2a bis
2f. Gemäß Pig. 2a wird Antimon selektiv in ein
p-~Siliciumsubstrat 101 diffundiert, um eine versenkt
liegende η -Schicht 102 darin auszubilden. Nach dem Aufwachsen einer n-Silieiumepitaxialschicht 103
(Halbleiter einer ersten Leitfähigkeitstype) wird um einen für die Bildung eines I2L-Gates vorgesehenen
Bereiches ein Feldoxidfilm 104 ausgebildet. Ein P -Basisbereich 105 (erster Störstellenbereich einer
zweiten Leitfähigkeitstype) für eigenleitende npn-Transistoren
wird durch Ionenimplantation oder thermische Diffusion in einem Teil der Siliciumepitaxialschicht
103 ausgebildet. Durch thermische Oxidation/ CVD-Filmbildung oder selektives Ätzen wird ein Siliciumoxidfilm
106 hergestellt, um den Basisbereich des
pnp-Transistors zu überdecken. Anschließend werden nacheinander ein AS-dotierter, polykristalliner η Siliciumfilm
108, ein CVD-SiO2-FiIm 109 und ein
Siliciumnitridfilm 110 gebildet.
Durch Fotoätzen auf dem Siliciumnitridfilm 110 wird
ein Widerstandsmuster (nicht gezeigt) ausgebildet. Der Siliciumnitridfilm 110 wird dann unter Verwendung
des Widerstandsmusters als Maske geätzt, wodurch Siliciumnitridfilmmuster 110a und 110b entstehen. Unter
Verwendung der Siliciumnitridfilmmuster 110a und 110b
als Maske wird der CVD-SiO^-FiIm 109 geätzt, so daß
CVD-SiO2-Filmmuster 109a und 109b entstehen. Freiliogende
Bereiche des polykristallinen η -Siliciumfilins
108 werden dann unter Verwendung eines Ätzmittels in der Form HF X HNO3 : CH3COOH =1 : 3 : 8 oder durch
reaktives Ionenätzen geätzt (Fig. 2b). Der polykristalline η -Siliciumfilm 108 kann einen Doppelschichtaufbau
haben, "in dem eine Schicht aus einem Metall wie Wolfram oder Molybdän mit hohem Schmelzpunkt oder eine
OZZOZOU
Schicht aus einem Metallsilizid wie Molybdänsilizid mit hohem Schmelzpunkt auf der pi
Siliciumschicht ausgebildet ist.
mit hohem Schmelzpunkt auf der polykristallinen n+-
Freiliegende Zonen des Siliciumsubstrats in Fig. 2b werden dann durch anisotropes Ätzen etwa nach dem
RIE-Verfahren geätzt, um Rillen 107 (Fig. 2c) herzustellen.
Die Rillen oder Nuten 107 können so tief sein, daß sie den ρ Basisbereich 105 erreichen oder unter
den ρ -Basisbereich 105 hinabgehen. Der Grund dieser Nuten 107 liegt gewöhnlich tiefer als die unterste
Fläche der Halbleiterj-.chicht. 103 der ersten Leitfähigkeitstype
(die Kollekiorbereiche 113a und 113b, die
im ρ -Basisbereich 1OS durch Diffusion unter Verwendung
der polykristallinen η -Siliciumschicht 108 als Diffusionsquelle hergestellt werden, werden später beschrieben)
. Genauer gesagt, beträgt die Tiefe der Nuten 107 gegenüber dem Siliciumsubstrat häufig vorzugsweise
0,15 bis 0,7 μ. Sind die Nuten 107 flacher als oben angegeben, diffundieren die n-Störstellen
im polykristallinen η -Siliciumbereich transversal, was zu einem Leckstromfluß zwischen Basis und Kollektor
führt. Werden die Nuten 107 jedoch tiefer ausgeführt, ist die Trennung zwischen ρ -Basisschicht 112 und ρ Basisschicht
105 zu weit, worunter die Arbeitsgeschwindigkeit des I2L leidet, was aus Fig. 2e deutlich
wird. Dies trifft auch für den Doppelschichtaufbau zu, bei dem Molybdänsilizid auf den polykristallinen
η -Siliciummustern 108a und 108b abgelagert ist. Bei dieser Anordnung ist der Leitungsverbindungswiderstand
besonders herabgesetzt.
Das so entstandene Plättchen wird in einem Dampfstrom niedriger Temperatur oder in einer feuchten Atmosphäre
von 700 bis 9000C getempert. Da die Ätzge-
schwindigkeit der polykristallinen η -Siliciummuster
108a und 108b vier- bis zehnmal höher liegt als die der n-Siliciumepitaxialschicht 103 oder der p~-Basiszone
105f wird ein dicker thermischer Oxidfilm 111a an den
freiliegenden Seitenflächen der polykristallinen η Siliciummuster
108a und 108b erzeugt, während sich ein dünner thermischer OxidfiLm 111b an den freiliegenden
ΙΟ Flächen der n-Siliciumepitaxialschicht 103-und den
freiliegenden Seitenflächen des ρ -Basisbereichs
bildet, wie in Fig. 2d gezeigt.
Wie die Fig,. 2e zeigt, werden durch den dünnen thermi-
IQ sehen Oxidfilm 111b p-Störstellen z.B. aus Bor im
Ionenimplantierungsverfahren eingebracht. Anschließend wird das Plättchen getempert, wobei eine äußere ρ Basisschicht
112 gebildet wird. Gleichzeitig wird in den polykristallinen η -Siliciummustern 108a und 108b
" enthaltenes Arsen in die polykristalline Siliciumschicht
103 hineindiffundiert zur Bildung von η Kollektorbereichen
113a und 113b.
' Wie Fig. 2f zeigt, wird ein Teil des dünnen thermisehen
Oxidfilms 111b, der auf dem Grund der Nut 107 ausgebildet ist, durch anisotropes Ätzen in selbstjustierender
Weise zur Bildung von Kontaktlöchern geätzt. Eine Al-Si-Legierungsmetallschicht wird abgelagert
und überdeckt die gesamte Fläche. Sie wird zur Bildung einer Injektorelektrode 114 und einer 3asiselektrode
115, die die Basiskontaktlöcher verbindet, mustermäßig gestaltet. Damit ist ein I2L gemäß Fig. 2f
hergestellt.
Das obige Ausführungsbeispiel zeigt, daß die η -Kollektorschichten
und die polykristallinen η -Siliciummuster 108a und 108b der Vertikaltransistoren durch Vorsprünge
O ΔΔ.Ο
gebildet werden, die durch Nuten 107 voneinander getrennt sind. Dadurch erstrecken sich die η -Kollektorschichten
nicht transversal. Diese Schichten liegen dadurch nicht für die selbstjustierenden Basiskontaktlöcher
am Grund der Nuten 107 frei. Leckstromfluß und Kurzschluß zwischen Basis und Kollektor des I2L sind
damit verhindert. Außerdem wird anisotropes Ätzen wie das RIE-Verfahren für das Steuern der Musterabmessungen
der η -Kollektorschichten verwendet. Man erhält dadurch eine bipolare integrierte Schaltung mit
sehr schnell arbeitenden I2L-Elementen bei hoher
Elementendichte.
Bei dem beschriebenen Beispiel wird mit Arsen dotiertes polykristallines η -Silicium verwendet. Es ist jedoch
auch möglich, das polykristalline Silicium mit Phosphor oder anderen Verunreinigungen zu dotieren.
Ein I2L-Gate gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun beschrieben. Fig. 3 zeigt eine I2L-Gate-Schaltung mit Schottky-Kollektor. Die Zeichnung
zeigt mit 141 einen Vertikal-npn-Transistor mit invertiertem Aufbau, mit 142 einen Lateral-pnp-Transistor
der Komplementärtype zum Vertikal-npn-Transistor 141 und mit 143., 143„ und 143., Schottky-Sperrdioden,
die mit dem Kollektor des Lateral-pnp-Transistors 142 verbunden sind. Der genaue Aufbau der I2L-Gate-Schaltung
und ihr Herstellungsverfahren nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden
nun in Verbindung mit den Fig. 4a bis 4f beschrieben.
Die Fig. 4a zeigt, daß auf einem p-Siliciumsubstrat 151 eine η -Störstellenschicht 152 und eine n-Epitax:
alschicht 153 ausgebildet sind und zur Bildung eines
Feldoxidfilms 154 eine selektive Oxidation vorgenommen
ist. Nachdem ein relativ dünner SiO0-FiIm 155 gebildet
ist, der die gesamte Oberfläche bedeckt, wird ein ρ -Bereich 156 mit einer Störstellenkonzentration gebildet,
durch die eine interne Basisschicht des I2L bestimmt wird, und zwar in der n-Epitaxialschicht 153.
Der p~-Bereich 156 kann durch Einsatz von Implantation
^q beschleunigter Borionen erzeugt werden. Nachdem gemäß
Fig. 4b ein Teil des dünnon SiO -Films 155 weggeätzt ist, werden nacheinander fine Schottky-Metallschicht
157 und ein CVD-SiO2-FiIm 158 (bei niedriger Temperatur,
damit die Metalle durch.das CVD-Verfahren nicht
jg legieren) gebildet. Wie Fig. 4c zeigt, werden die
Schottky-Metallschicht 157 und der CVD-SiO3-FiIm 158
selektiv mit Hilfe einer Fotowiderstandsfilmmaske
geätzt, wobei die Ätznuten in die Epitaxialschicht 153 hineinreichen. Damit sind vorspringende Bereiche
erzeugt. Das RIE-Verfahren wird vorzugsweise für das Ätzen der Schottky-Metallschicht 157 und des CVD-SiO3-Films
158 in im wesentlichen vertikaler Richtung eingesetzt. Bei niedriger Temperatur, so daß das Metall
durch das CVD-Verfahren nicht legiert, wird gemäß Fig. 4d ein CVD-SiN-FiIm 159 gebildet, der die gesamte
Fläche überdeckt. Anschließend werden stark positive Störstellen, beispielsweise Bor, unter Verwendung des
CVD-SiO3-FiImS als Maske durch Ionenimplantation eingebracht.
Die p-Störstellen werden durch Bestrahlen mit Laserstrahlen aktiviert. Das Metall hat dabei uinon
hohen Reflexionskoeffizienten, so daß die Schottky-Metallschicht
157 nicht auf hohe Temperatur aufgeheizt wird, während das Silicium auf eine hohe Temperatur
kommt. Wie in Fig. 4e gezeigt, werden nur die äußeren ρ -Basisbereiche 160 aktiviert. Danach wird, wie in
Fig. 4f zu sehen, ein Teil des CVD-SiN-Films 159 im
RIE-Verfahren weggeätzt, so daß der CVD-SiN-FiIm 159
nur an den Seitenflächen der Vorsprünge, die die Epitaxialschicht 153, die Schottky-Metallschicht 157
und den CVD-SiO3-FiIm 158 enthalten,' verbleibt. Anschließend
wird ein Metall zur Bildung einer metallischen Leitungsverbindung 161 abgelagert. Die Metallleitungsverbindung
161 wird dann für die Fertigstel- ^q lung des I2L gesintert.
Das im beschriebenen Verfahren hergestellte I2L besitzt
folgende Eigenschaften:
(1) Da der Kollektor des npn-Transistors 141 eine Schottky-Klemmschaltung bildet, ist die logische
Amplitude kleiner als bei herkömmlichen Anordnungen, bei denen die polykristalline η -Siliciumleitungsverbindung
auf der η -Kollektorschicht liegt. Das I2L gemäß der Erfindung hat eine kleine parasitäre
" Kapazität. Es wird deshalb ein sehr schnell arbeitendes I2L mit hoher Elementendichte, erhalten. Da
die Kollektorleitungsverbindung ein Metall enthält, ist außerdem der Verbindungswiderstand praktisch
vernachlässigbar.
(2) Da der äußere ρ -Basisbereich 160 einen hinreichend
vertikalen Abstand von der Schottky-Metallschicht 157 hat, ist die dielektrische Festigkeit zwischen
der äußeren Basis und dem Kollektor herabgesetzt.
(3) Da das Metall für den Kollektoranschluß mit einem
anderen Anschlußmaterial geringen Widerstands im Herstellungsverfahren verwendet werden kann, kann
in der Praxis eine zweischichtige leitende Verbindung hergestellt werden.
Es läßt sich mit dem beschriebenen I2L eine Vorrichtung ·
von hoher Güte und guten Eigenschaften leicht herstellen.
AIs Schottky-Metall kommen Wolfram, Aluminium, Gold,
Plutonium oder dgl. infrage. Der Silizidfilm kann
Suizide der genannten Metalle enthalten.
Ein I2L nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird in Verbindung mit den Fig. 5a bis 5e beschrieben. Gemäß Fig. 5a sind auf einem.p-Silicium-
XO substrat 171 in derselben Weise wie bei Fig. 4a bis
4f ein η -Störstellenbereich 172 und eine n-Epitaxialschicht 173 ausgebildet. Durch selektive Oxidation
werden dann Feldoxidfilme 174 erzeugt. Nachdem ein relativ dünner SiO„-Film 175 erzeugt worden ist,
wird in der n-Epitaxialschicht 173 ein ρ -Bereich ausgebildet. Im Anschluß daran werden nacheinander
eine Schottky-Metallschicht 177 und ein CVD-SiO2-FiIm
178 durch das CVD-Verfahren bei niedriger Temperatur erzeugt. Wie in Fig. 5b gezeigt, werden die Schottky-Metallschicht
177 und der CVD-SiO2-FiIm 178 unter Verwendung
einer Fotowiderstandsfilmmaske selektiv geätzt. Wenn die Schottky-Metallschicht 177 beispielsweise
aus Aluminium besteht, wird sie mit einem Ätzmittel aus Phosphorsäure geätzt, und der CVD-SiO2-FiIm
178 überragt dann das ausgeätzte Muster der Schottky-Metallschicht.
Gemäß Fig. 5c werden p-Störstellen, etwa Bor, durch
Ionenimplantation mit relativ hoher Konzentration zur Bildung von externen Basisbereichen eingebracht, wobei
der CVD-SiO2-FiIm 178 als Maske dient. Danach wird
durch Ablagerung bei niedriger Temperatur ein CVD-SiN-Fim
179 gebildet, und anschließend werden Laserstrahlen auf die dotierte Schicht aufgestrahlt, die
dann aktiviert wird und ausgedehnte ρ -Basisbereiche
180 bildet. I,"n Anschluß firan wird, wie es Fig. 5d
zeigt, der CVD-SiN-FiIm 179 im RIE-Verfahren selektiv
weggeätzt, so daß der CVD-SiN-FiIm 179 nur an den Seitenflächen der die Schottky-Metallschicht 177 und
den CVD-SiO2-FiIm 178 enthaltenden Vorsprünge übrigbleibt.
Zur Bildung metallischer Leitungsverbindungen 181, die die ρ -Basisbereiche 180 miteinander verbinden,
wird ein Metall niedergeschlagen, wie in Fig. jQ 5e gezeigt. Schließlich wird die metallische Leitungsverbindung
181 gesintert, so daß das I2L fertig ist.
Dieses hat dieselben Eigenschaften, wie das in den Fig. 4a bis 4f gezeigte I2L.
j5 Mit Hilfe der Erfindung kann ein sehr schnell arbeitendes
I2L gefertigt werden, das einen geringen Energieverbrauch
aufweist. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde ein bipolares I2L beschrieben, doch
ist die Erfindung auf diese Ausführungsform nicht beschränkt, sondern kann auch auf Feldeffekttransistoren
angewendet werden.
Claims (13)
- TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA TOKYO / Japan
5Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung 10Patentansprüche(\l Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat (101), auf dem eine Halbleiterschicht (102) einer ersten Leitfähigkeitstype gebildet ist, einen vorspringenden Bereich, der über die Halbleiterschicht hervorragt und eine leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype und einen ersten Isolierfilm aufweist, die auf der leitfähigen Schicht der ersten Leitfähigkeitstype ausgebildet sind, einen zweiten Isolierfilm (111a, 111b), der auf Seitenflächen der Vorsprünge gebildet ist, einen Störstellenbereich einer zweiten Leitfähigkeitstype, der in einem vertieft liegenden Bereich um den vorspringenden Bereich ausgebildet ist, und eine Leitungsverbindungsschicht (115), die mit dem Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype verbunden ist, wobei der Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype von der leitfähigen Schicht der ersten Leitfähigkeitstype durch die Seitenflächen des vorspringenden Bereichs getrennt ist. - 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ■ zeichnet , daß die Halbleiterschicht eine n-Epitaxialschicht und einen bereichsweise auf der n-Epitaxialschicht ausgebildeten p-Bereich aufweist und daß die leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype auf dem p-Bereich ausgebildet ist.
- IQ 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype einen Schottky-übergang bildet.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß zwischen der leitfähigen Schicht der ersten Leitfähigkeitstype und dem ersten Isolierfilm eine polykristalline Siliciumschicht (108) ausgebildet ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiterschicht einen Emitter eines npn-Transistors eines I2L-Gates darstellt, daß der Störstellenbereich eine Basis des npn-Transistors und gleichzeitig einen Emitter eines pnp-Transistors des I2L-Gates bildet und daß die leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype ein Kollektor des npn-Transistors ist.
- 6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:(a) ein erster StörsteIlenbereich einer zweiten Leitfähigkeitstype wird in einer Halbleiterschicht einer ersten Leitfähigkettstype gebildet, die über einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; (b)' eine leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeits-type wird selektiv auf dem ersten Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype ausgebildet, und es wird eine erste Isolierschicht über der Leitfähigkeitsschicht der ersten Leitfähigkeitstype erzeugt;(c) es wird ein vorspringender Bereich durch anisotropes Ätzen erzeugt, der die leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype und die erste Isolierschicht umfaßt, wobei die erste Isolierschicht als Maske dient, so daß eine Nut entsteht, die wenigstens bis zum ersten Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype reicht;(d) zum Abdecken der gesamten Oberfläche wird einzweiter Isolierfilm gebildet und gleichzeitig wird ein zweiter Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype am Grund der Nut erzeugt;(e) der zweite Isolierfilm wird selektiv derart weggeätzt, daß er nur an den Seitenflächen des vor-' springenden Bereichs stehenbleibt;(f) es wird eine Leiterschicht abgelagert, die mit dem zweiten Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype am Grund der Nut leitend verbunden ist.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Leitfähigkeitschicht der ersten Leitfähigkeitstype einen Schottky-Ubergang aufweist.
- 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß Störstellen der zweiten Leitfähigkeitstype durch Ionenimplantation gebildet sind, um den zweiten Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype im Schritt (d) zu bilden.•.:"ν·: HIV:·: -"-A-
- 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet ι daß die leitende Schicht der ersten Leitfähigkeitstype im Schritt (b) eine polykristalline Siliciumschicht enthält, die mit Störstellen der ersten Leitfähigkeitstype dotiert ist und daß im Halbleiterbereich der zweiten Leitfähigkeitstype, die im Schritt (a) gebildet ist, eine Halbleiterschicht der ersten Leitfähigkeitstype unter Verwendung der polykristallinen Siliciumschicht als Diffusionsquelle gebildet wird, während in Schritt (d) der zweite Störstellenbereich der zweiten Leitfähigkeitstype erzeugt wird.
- 10·. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Bodenfläche der Nut tiefer als die untere Fläche der Halbleiterschicht der ersten Leitfähigkeitstype gelegt wird, die durch Diffusion von Störstellen in die polykristalline Siliciumschicht gebildet ist.
- 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Ätztiefe der Nut 0,15 bis 0,7 μ beträgt.
- 12.· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Leitfähigkeitstype n-leitfähig und die zweite Leitfähigkeitstype p-leitfähig ist.
- 13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Halbleiterschicht der ersten Leitfähigkeitstype einen Emitter eines npn-Transistors eines I2L-Gates, der Halbleiterbereich der zweiten Leitfähigkeitstype eine Basis des npn-Transistors und einen Emitter eines pnp-Transistors des I2L-Gates und die leitfähige Schicht der ersten Leitfähigkeitstype einen Kollektor des npn-Transistors darstellen.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI, KANAGAWA, JP |
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D2 | Grant after examination | ||
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