DE3781573T2

DE3781573T2 - Selbstausrichtender kontakt auf einer diffundierten zone des p-typs.

Info

Publication number: DE3781573T2
Application number: DE8787100548T
Authority: DE
Inventors: George Richard Goth
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2007-01-17
Also published as: EP0236687A2; DE3781573D1; JPS62211917A; US4717678A; EP0236687A3; CA1240411A; JP2673943B2; EP0236687B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung von integrierten Schaltkreisen hoher Leistungsfähigkeit und insbesondere auf ein Verfahren zur Bildung selbst ausgerichteter Kontakte niedrigen Widerstands an p-leitenden Bereichen in einem Halbleitersubstrat, das den integrierten Schaltkreis bildet.
Hier wird der p-leitende Bereich in folgendem Sinne verwendet: Im Falle eines einzelnen vertikalen npn-Transistors, der in einem Halbleiterkörper gebildet wird, bezeichnet er die Basis des Transistors; im Falle eines komplementären vertikalen npn-Bauelementes und eines seitlichen pnp-Transistors (nachstehend lpnp) umfaßt der p-leitende Bereich die Basis des npn, den Kollektor oder Emitter des lpnp und Widerstände (falls Widerstände in den komplementären Schaltkreis integriert werden), und im Falle komplementärer Feldeffekttransistoren (FET) ist der p-leitende Bereich Quelle oder Senke des pFET.
Wir konzentrieren uns für Diskussionszwecke auf die Herstellung eines einzelnen vertikalen npn-Transistors und beziehen uns kurz auf Fig. 1; die herkömmliche Methode der Bildung des Bauelementes besteht aus der Bildung eines n+-Subkollektors 12 auf einem p-Siliziumsubstrat 10. Danach wird eine n-leitende Epitaxie-Siliziumschicht 14 gebildet, gefolgt von der Einbringung eines pleitenden Dotanden (beispielsweise Bor) in einen ausgewählten Bereich der Schicht 14 bis zu einer Spitzenkonzentration von ungefähr (1-5)·10¹&sup8; Atomen/cm³, um die Transistorbasis 16 zu bilden. Die Struktur wird dann thermisch oxydiert, um ein Siliziumdioxid 18 zu bilden. Zusätzlich wird über der gesamten Struktur Siliziumnitrid 20 gebildet. In die Oxid- und Nitridschicht, die einen Teil der Basisdiffusion 16 überlagern, wird eine Öffnung gemacht, und ein n-leitender Dotand (beispielsweise Arsen) wird in den freigelegten Bereich eingebracht, um den Emitter 22 zu bilden. Schließlich wird in dem Oxid-Nitrid-Isolator über der Basis eine Kontaktöffnung realisiert, und es werden leitende metallische Verbindungen 24 und 26 mit dem Basis- bzw. dem Emitterbereich hergestellt. Im Verlauf der Bauelementherstellung wird auch eine geeignete Bauelementisolation (beispielsweise eine versenkte Isolation oder eine Grabenisolation) realisiert. Die US-Patentschriften 4,014,718 (erteilt an Tomozawa et al) und 4,032,957 (erteilt an Yagi et al) veranschaulichen diesen bisherigen Stand der Technik.
Bezieht man sich auf die in Fig. 1 dargestellte Struktur, so wird der npn-Transistor durch einen Basisreihenwiderstand Rb charakterisiert, der - grob gesprochen - aus drei Komponenten besteht: (1) dem eigenleitenden Basiswiderstand Rbi, der den Widerstand des Basisteils bezeichnet, welcher direkt unter dem Emitter 22 liegt; (2) dem nicht eigenleitenden Basiswiderstand Rbe, dem Widerstand des Basisteils, das zwischen der Kante der Emitter-Basis-Verbindung 28 und der Kante des Kontaktes 24 liegt und (3) dem Basiskontaktwiderstand Rbc, dem Widerstand, der auf Grund der metallischen Verbindung mit dem Basisbereich entsteht. In einer ersten Näherung kann die mathematische Beziehung zwischen Rb und seinen Bestandteilen durch
Rb = Rbc + Rbe + Rbi
dargestellt werden.
Bei den ständig steigenden Anforderungen an die Schaltkreisleistungsfähigkeit (Operationsgeschwindigkeit), besonders bei Anwendungen von bipolarer Logik wie Stromschaltern, Verknüpfungsschaltungen mit Kollektorverstärker oder bipolaren Array-Schaltungen ist es unumgänglich, daß Rb so klein wie möglich ist. Ebenso wächst der Einfluß von Rb auf die Schaltkreisleistungsfähigkeit proportional zu den Betriebsstromniveaus in diesen Schaltkreisen.
Ein grundlegender Mangel der bisherigen, oben diskutierten Herstellung bipolarer Bauelemente besteht darin, daß sich der pleitende Dotand (Bor) während des thermischen Oxydationsschrittes zur Bildung der Oxidschicht 18 auf Grund seines hohen Segregationskoeffizienten schnell in die Oxidschicht 18 absondert. Dies beseitigt die Oberflächenkonzentration des p-Dotanden in der Basisfläche und führt zu einem signifikanten Anstieg der Kontaktwiderstandskomponente Rbc des Basisreihenwiderstandes Rb, nachdem der Metallkontakt 24 gebildet wurde.
In dem Maße, wie sich die Mikroelektronik-Industrie durch Verringerung der Bauelementegrößen in die Bereiche der Höchstintegration (VLSI) und Ultraintegration (ULSI) bewegt, verringern sich die Widerstandskomponenten Rbi und Rbe in entsprechender Weise (vorausgesetzt, die Basis- und Emitterbereiche werden auf optimale Konzentrationswerte dotiert). Da jedoch die Größe der Bauelementekontakte nicht unbegrenzt verringert werden kann, wird in dieser Situation der mit der Metall-Silizium-Grenzfläche zusammenhängende Widerstand Rbc die bei weitem vorherrschende Komponente. Somit ist es unumgänglich, daß Rbc entsprechend den Anforderungen von Anwendungen mit VLSI- und ULSI-Schaltkreisen verringert wird.
Es scheint, als ob eine Methode zur Reduzierung von Rbc darin besteht, den Basisbereich am Anfang auf ein übermäßig hohes Konzentrationsniveau zu bringen (d. h. auf die Grenze der festen Löslichkeit von Bor in Silizium). Während der verschiedenen nachfolgenden thermischen Schritte wird der Dotand extrem nach innen geschoben und erhöht die Basis-Kollektor-Kapazität, was das Bauelement langsam macht. Ein anderer Nachteil einer solchen übermäßigen Überlagerungsdotierung des Basisbereiches ist die Erzeugung einer schlechten Emitter-Basis-Verbindung 28.
Eine alternative Methode zur Reduzierung von Rbc scheint die Verwendung einer Aussparungsmaske zu sein, um zusätzliche Dotandenmengen nach der Emitterherstellung selektiv in den Basiskontaktbereich einzubringen, um den dort abgeschiedenen Dotanden zu kompensieren. Dies erfordert jedoch nicht nur einen zusätzlichen Maskenschritt, der die Prozeßkomplexität erhöht, sondern kann auch zu einem größeren Rbe führen, auf Grund der Zunahme der Trennung zwischen Emitter- und Basiskontakt, der durch zwei Kante-Kante-Toleranzen herbeigeführt wird, entsprechend der Öffnung in der Maske, die verwendet wird, um den Emitter und die Öffnung in der extra zu betrachtenden Maske zu bilden. Dieses Verfahren erhöht auch den Gesamtbereich der Basis, was zu einer erhöhten Kollektor-Basis-Kapazität führt, die das Bauelement weiter verlangsamt. In diesem Zusammenhang ist die US-Patentschrift 4,385,433 (erteilt an Ozawa) zu erwähnen, in der ein p+ -Kontaktimplantat dargestellt ist, bei dem eine photolithographische Maske verwendet wird, um das Dotieren von n-Epitaxie-Bereichen (d. h. Schottky-Diodenanoden) zu vermeiden.
Noch eine weitere Methode zur Reduzierung des Basiskontaktwiderstandes besteht in der Verwendung eines Polysilizium-Basiskontaktes. Repräsentativ für diese grundlegende Methode ist die US- Patentschrift 4,125,426 (erteilt an Inayoshi et al). In diesem Prozeß wird typischerweise eine bis zur Grenze der festen Löslichkeit dotierte Polysiliziumschicht unmittelbar nach der Herstellung der Basis über dem gesamten Basisbereich gebildet, um die Segregation des p-Dotanden von der Basis zu verhindern. Das Polysilizium wird dann mit einem Muster der gewünschten Form versehen; anschließend wird entsprechend dem Emitterbereich eine Öffnung in das Polysilizium gemacht und der Emitter in einen Teil des Basisbereiches eingebettet, indem dort ein n-leitender Dotand eingebracht wird. Danach wird im Polysilizium die Basiskontaktöffnung ausgebildet und der metallische Teil der Verbindungen mit allen Transistorelementen realisiert. Dieser Prozeß reduziert zwar Rbc ohne Erhöhung von Rbe, erfordert aber zwei zusätzliche Masken (eine zur Öffnung des Basisbereiches und die zweite zur Definition des Polysilizium). Ebenso werden die Bildung einer zusätzlichen Isolationsschicht und reaktive Ionenätzschritte (RIE) notwendig. Dieser Prozeß verursacht auch eine unerwünschte Bauelementetopologie (die aus tiefen Tälern und hohen Hügeln besteht), da das Polysilizium (zur Verringerung seines Widerstandes) genügend dick gemacht und anschließend mit Passivierungsschichten überzogen wird. Diese Topologie neigt zur Herbeiführung ernsthafter Metallisierungsprobleme.
Die vorliegende Erfindung überwindet diese und andere Nachteile des bisherigen Standes der Technik durch einen einfachen und direkten Prozeß, der einen niedrigen Widerstand im p-Kontaktbereich garantiert.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen p-Dotand nach der Beendigung aller thermischen Prozeßschritte selektiv in die p-Kontaktbereiche einzubringen, um dort den Dotandverlust während der vorherigen thermischen Prozeßschritte wieder auszugleichen.
Um das vorher erwähnte Ziel zu erreichen, ist es ein weiteres Ziel der Erfindung, aus der Erscheinung Vorteil zu ziehen, daß n+-dotierte Bereiche bei niedrigen Temperaturen und bei einer im Vergleich zu p-dotierten Bereichen vorzugsweise hohen Geschwindigkeit oxydieren (siehe beispielsweise EP-A-0 051 534).

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die obigen und andere verwandte Ziele und Vorteile können durch die Anwendung eines hier dargestellten und durch die Ansprüche definierten neuen Prozesses erreicht werden. In einer bevorzugten Realisierung dieser Erfindung, die auf die Herstellung des grundlegenden vertikalen npn-Transistors gerichtet ist, wird der p-Dotand nach Abschluß aller thermischen Prozeßschritte, die mit der Bauelementherstellung zusammenhängen, selektiv in den Basiskontaktbereich eingebracht. Bei dieser Methode wird nach der Bildung des Basisbereiches in einer n-leitenden Epitaxieschicht und deren Maskierung mit einer dualen Oxid-Nitrid-Schicht der n+-Emitter (typischerweise eine Konzentration von ungefähr 3·10²&sup0; Atome/cm³) in einem Teil des Basisbereiches gebildet, indem die duale Schicht selektiv geöffnet wird und dort in die freigelegte Basis ein n-leitender Dotand eingebracht wird. Die Struktur kann geglüht werden, um die gewünschten Tiefen und Profile für die verschiedenen Dotanden auf konventionelle Art und Weise zu erreichen. Die Basiskontaktöffnung wird dann durch selektives Ätzen der Oxid-Nitrid-Schicht gebildet. Die Struktur wird dann einer Oxydation bei niedriger Temperatur (zum Beispiel bei 800-900ºC) unterzogen, um in der Emitterkontaktöffnung eine Oxidschicht zu bilden, die drei- bis fünfmal dicker als die in der Basiskontaktöffnung ist, auf Grund einer Oxydationsgeschwindigkeit des n-Emitterbereiches, die wesentlich höher als die des p- Basiskontaktbereiches ist. Das dünnere Oxid im Basiskontaktbereich wird dann weggeätzt, während das dickere Oxid im Emitterkontakt im wesentlichen zurückbleibt. Der p-leitende Dotand wird dann selbstausgerichtet in den Basiskontakt eingebracht, um die Grenze der festen Löslichkeit dieses Dotanden in dem Siliziumbasismaterial zu erreichen. Das zurückbleibende Oxid im Emitterkontakt wird entfernt, und es werden die Metallverbindungen mit allen Kontakten hergestellt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die die Erfindung charakterisierenden neuen Eigenschaften, die einzelnen Prozeßschritte und deren Kombination werden in den beigefügten Ansprüchen dargestellt. Die Erfindung selbst ist jedoch am besten zu verstehen, wenn man sich auf die ausführliche Beschreibung bezieht, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen folgt, die folgendes darstellen.
Fig. 1 ist ein Querschnitt eines konventionellen vertikalen bipolaren Bauelementes, das die verschiedenen Basiswiderstandskomponenten veranschaulicht.
Fig. 2 bis 8 sind Flußbilder, die die Prozeßschritte, die eine Realisierung der Erfindung ausmachen, durch sequentielle Querschnittsdarstellungen veranschaulichen. In spezifischer Weise veranschaulichen diese Abbildungen die vorliegende Erfindung, um die Struktur eines komplementären Transistorschalters (CTS) herzustellen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 8 wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung einer CTS-Zelle beschrieben, die aus einem Paar Schottky-Dioden (SBD) mit integriertem vertikalen npn-Transistor und komplementärem seitlichen pnp-Transistor besteht. In der Anordnung der CTS-Zelle dient eine SBD als Eingangsbauelement für die Schaltung, und die zweite SBD, die mit der Basis des npn integriert ist, dient zur Verhinderung der Sättigung des npn-Bauelementes. Wenn man sich insbesondere auf Fig. 8 bezieht, dann sind der Emitter 48 und der Kollektor 46 des lpnp die p-leitenden Bereiche (der Bereich 46 dient auch als Basis des npn-Transistors); die n+-Bereiche sind der npn-Emitter 60 und der Kollektor-Sperrschicht-Berührungsbereich 40; die n--Bereiche sind die Anoden 62 und 64 der SBD. Während die nachfolgende ausführliche Beschreibung primär auf die Herstellung von CTS-Zellen gerichtet ist, ist diese Beschreibung ein Beispiel für die Herstellung einer Klasse von Bauelementen, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern. Zusätzlich sollte verständlich sein, daß die hier dargestellte Dicke und andere Dimensionen zur Verdeutlichung der Darstellung ausgewählt wurden und nicht in einem begrenzenden Sinne zu verstehen sind.
Wir beziehen uns jetzt ausführlicher auf Fig. 2; dieses Bild zeigt einen kleinen, stark vergrößerten Teil des Siliziumkörpers, der zur Bildung eines dichten bipolaren integrierten Schaltkreises (CTS) hoher Leistungsfähigkeit verwendet wird. Ein p-Substrat monokristallinen Siliziums 30 besitzt einen n-Subkollektorbereich 32. Auf der Oberseite des Substrates 30 wird dann eine Epitaxie- n--Schicht 34 aufgebracht. Das Substrat ist typischerweise ein Siliziumwafer mit kristallographischer Orientierung < 100> , der einen Widerstand von ungefähr 10 bis 20 Ohm/cm besitzt. Die Subkollektordiffusion wird typischerweise aus Arsenik gebildet, das eine Oberflächenkonzentration von ungefähr 1·10²&sup0; Atomen/cm³ besitzt. Der Epitaxiewachstumsprozeß zur Bildung der Schicht 34 kann ein den Fachleuten gut bekanntes konventionelles Verfahren sein, beispielsweise die Verwendung von Siliziumtetrachlorid-Wasserstoff- oder Silan-Wasserstoff- Mischungen bei Temperaturen zwischen 1000-1200ºC. Während des Epitaxiewachstums bewegt sich der Dotand in der n+-Schicht in die Epitaxieschicht, um den Subkollektorbereich 32, so wie in Fig. 2 dargestellt, voll auszubilden. Die Dicke der Epitaxieschicht 34 für hochdichte integrierte Schaltkreise liegt in der Größenordnung von 3 um oder weniger, und die Dotandkonzentration liegt dort typischerweise bei ungefähr (1-5)·10¹&sup6; Atome/cm³.
Nach der Bildung der Epitaxieschicht 34 wird die Oberfläche dieser Schicht bei einer geeigneten Temperatur oxydiert, um eine Oxidmaske 36 der typischen Dicke 150 bis 300 nm zu bilden. Das Oxid 36 dient auch während der Herstellung als Passivierungsschicht über den aktiven Bereichen der Bauelemente. Durch Standard-Lithographie- und Ätzverfahren wird im Oxid 36 eine Öffnung 38 hergestellt, und durch n-leitende (zum Beispiel Arsen- oder Phosphor-) Ionenimplantation oder -diffusion wird der n+ -Kollektor-Sperrschicht-Berührungsbereich 40 gebildet (mit einer Konzentration von 10¹&sup7; bis 10¹&sup8; Atomen/cm³). Die Struktur wird dann einem Glühschritt unterworfen, der bewirkt, daß der Dotand im Bereich 40 den Subkollektorbereich 32 begrenzt.
Die nächsten Prozeßschritte dieser Realisierung umfassen die Bildung von Bereichen im monokristallinen Silizium, die von anderen Bereichen des monokristallinen Siliziums isoliert sind. Die Isolation könnten pn-Verbindungen mit Sperrvorspannung, eine partielle dielektrische Isolation oder eine vollständige dielektrische Isolation sein. Die verwendeten dielektrischen Materialien können Siliziumdioxid, Glas, Polysilizium usw. sein. Die bevorzugte Isolation für hochdichte (VLSI oder ULSI) Schaltkreise ist die dielektrische Isolation. Alternativ hierzu kann im Fall von Isolation durch polyamidgefüllte tiefe Gräben eine solche Isolation auch später, nach dem Abschluß der Transistorherstellung, gebildet werden. Beim Abschluß der Bildung von Isolationsbereichen wird auf dem Teil der Epitaxieschicht 34, der durch die Öffnung 38 zugänglich ist, eine Oxidschicht gebildet.
Die bisher diskutierten Prozeßschritte sind üblich. Die charakteristischen Eigenschaften des vorliegenden Prozesses erscheinen in den nachfolgenden Schritten.
Als nächstes beziehen wir uns auf Fig. 3; die Öffnungen 42 und 44 werden in dem Oxid 36 durch Standardlithographie und -ätzen realisiert, um die darunter liegenden Bereiche der Epitaxieschicht 34 freizulegen. Dann wird ein p-leitender Dotand (z. B. Bor) durch Ionenimplantation, Offenrohrdiffusion oder andere geeignete Dotierungstechniken in die freien Epitaxieschichtbereiche eingeführt, wodurch die p-dotierten Bereiche 46 und 48 gebildet werden. Die Dotandoberflächenkonzentration in den Bereichen 46 und 48 liegt nach diesem Dotierungsschritt typischerweise im Bereich von (1-5)·10¹&sup9; Atome/cm³. Der p-dotierte Bereich 46 dient nicht nur als Basis des vertikalen npn-Transistors, sondern auch als Kollektor des lpnp-Bauelementes. Der p-dotierte Bereich 48 dient als lpnp-Emitter. Der n-leitende Bereich 50, der die p-dotierten Bereiche 46 und 48 seitlich trennt, dient als Basis des lpnp-Bauelementes.
Wir beziehen uns jetzt auf Fig. 4 - nach dem Einführen des p- Dotanden in die zugänglichen Epitaxieschichtbereiche werden die p-dotierten Bereiche einem thermischen Oxydationsprozeßschritt ausgesetzt, um die p-Diffusion bis in eine Tiefe von ungefähr 0,5 um zu treiben und gleichzeitig eine thermische Oxidschicht 52 in dem Oberflächenteil der Bereiche 46 und 48 wachsen zu lassen. Während dieses thermischen Oxydationsschrittes diffundiert eine gewisse Menge des Bordotanden aus den Oberflächenteilen der Bereiche 46 und 48 auf Grund des charakteristisch hohen Segregationskoeffizienten von Bor in die Oxidschicht hinaus. Dieses Herausdiffundieren führt zu einer Abnahme der p-Dotandenkonzentration in den p-leitenden Bereichen 46 und 48, typischerweise auf ungefähr (3-5)·10¹&sup8; Atome/cm³. Die Dicke der Oxidschicht 52 wird vernünftigerweise so gewählt, daß sie ungefähr die Hälfte der Dicke der Oxidschicht 36 beträgt. Die besondere Dicke des Oxids 52 über dem npn-Basisbereich 46 ist für diese Erfindung kritisch, da diese Oxidschicht genügend dick sein sollte, um eine übermäßige Spannung im Emitterkontakt auf Grund des im nächsten Schritt gebildeten Nitrids 54 zu vermeiden, aber auch dünn genug, um für die Einführung des zusätzlichen p-leitenden Dotanden (Bor) zur Kompensation des oben diskutierten Herausdiffundierens des Dotanden in die p-Kontaktbereiche leicht entfernbar zu sein.
Die Tiefe der npn-Kollektor-Basis-Verbindung wird so eingestellt, daß sie einen Endwert von ungefähr 0,3 um bis 0,7 um für eine npn-Emittertiefe von ungefähr 0,1 bis 0,5 um ergibt, wie sie in diesem Beispiel benutzt wird. Dies führt zu einer npn- Basisbreite (vertikale Entfernung zwischen den Emitter-Basisund Kollektor-Basis-Verbindungen des npn-Bauelementes) von ungefähr 0,15 bis 0,25 um. Diese Werte dienen nur zur Illustration und können durch Fachleute in geeigneter Weise geändert werden. Die genaue Spezifikation der Verbindungstiefen wird von der geforderten Schaltkreisleistung bestimmt. Wenn der npn-Emitter jedoch dünner als ungefähr 200 nm ist, wird die Stromverstärkung auf Grund des starken Dotandeffektes des Emitters reduziert. Wenn andererseits die Basisbreite zu groß ist (beispielsweise größer als 0,3 nm), wird die Bauelementegeschwindigkeit in bedeutendem Maße reduziert.
Nach der Oxydation der p-dotierten Bereiche wird, so wie in Fig. 4 dargestellt, über der gesamten Oberfläche des Siliziumkörpers eine dünne Schicht Siliziumnitrid 54 gebildet. Die Nitridschicht 54 wird gewöhnlich unter den folgenden Bedingungen durch chemische Dampfablagerung gebildet: Silan, Ammoniak und Stickstoffgas bei einer Temperatur von ungefähr 800ºC bei atmosphärischem oder niedrigem Druck.
Die npn-Emitteröffnung 56 und die npn-Kollektorkontaktöffnung 58 (und die SBD-Kathodenkontaktöffnungen - in den Abbildungen nicht dargestellt) werden in dem Siliziumnitrid 54 unter Verwendung konventioneller Lithographie- und Ätztechniken angebracht. Durch weiteres Ätzen, bei dem beispielsweise gepufferte Fluorwasserstoffsäure oder RIE mit CF4 als Ätzmittel verwendet wird, werden die Teile der Oxidschicht, die durch die Nitridentfernung freigelegt wurden, ihrerseits entfernt. Die entstehende Struktur ist in Fig. 4 dargestellt.
Setzt man unter Bezugnahme auf Fig. 4 fort, dann wird jetzt der npn-Emitter 60 unter Verwendung der Arsenabdampfdiffusion oder der Ionenimplantation gebildet. Die bevorzugte Arsenionenimplantation benutzt eine Dosis von (0,5-1)·10¹&sup6; Ionen/cm² bei einer Energie von 50 bis 75 keV, und die Bedingungen für den Glühprozeß liegen bei ungefähr 950ºC für etwa 60 ±10 Minuten, um eine Tiefe der npn-Emitter-Basis-Verbindung von 300 bis 350 nm und nach diesem Temperaturzyklus eine npn-Basis-Kollektor-Verbindung von 500 bis 550 nm zu erreichen. Diese Bedingungen können variiert werden, um die gewünschte Transistorstruktur zu erzeugen. Diese Bearbeitung führt zu einer Basisbreite von ungefähr 220 nm. Es können jedoch durch diesen Prozeß ohne weiteres npn-Basisbreiten von 100 bis 500 nm hergestellt werden. Es wird noch ersichtlich sein, daß die Tiefe der Emitter-Basis-Verbindung und die Breite der npn-Basis für die Bauelementeleistungsfähigkeit wichtig sind. Je geringer die Basisbreite und je flacher das kombinierte Profil des npn-Emitters und der Basis, desto größer ist die Grenzfrequenz des Bauelementes. Während des gerade beschriebenen Herstellungsschrittes für den Emitter 60 wird der Arsendotand auch in den npn-Kollektor-Sperrschicht-Berührungsbereich 40 (bezeichnet durch 61) und auch in die (nicht dargestellten) SBD-Kathodenkontaktbereiche eingebracht.
Nach der Bildung des npn-Emitters 60 werden durch konventionelle Lithographie und durch Ätzen im Nitrid 54 und im Oxid 52 Öffnungen erzeugt, entsprechend den Teilen der p-dotierten Bereiche 46 und 48, wo elektrische Kontakte hergestellt werden sollen. Während dieses p-Kontaktdefinitionsprozesses werden, so wie in Fig. 5 dargestellt, das Nitrid 54 und der Oberflächenteil des Oxids 36, der über den Anodenbereichen 62 und 64 der aufgeklemmten SBD bzw. der Input-SBD liegt, ebenfalls entfernt. Wie in Fig. 5 dargestellt, wird in den SBD-Anodenbereichen 62 und 64 bei der Vollendung des vorhergehenden p-Kontaktdefinitionsprozesses eine Restoxidschicht 66 mit einer Dicke, die gleich der Differenz der Originaldicke des Oxidschichten 36 und 52 ist, zurückbehalten. Die Dicke der Oxidschicht 66 liegt typischerweise im Bereich von 80 bis 120 nm. Das Restoxid 66 in den SBD-Anodenbereichen 62 und 64 dient während des nachfolgenden ergänzenden p-Kontaktdotierens als effektive Maske, wie nachstehend noch erklärt wird.
Als nächstes wird, unter Bezugnahme auf Fig. 6, die Struktur einer thermischen Oxydation ausgesetzt, wobei Wasserdampf bei einer niedrigen Temperatur im Bereich von ungefähr 800 bis 900ºC verwendet wird. Unter diesen Umständen wird, auf Grund der Neigung der n+-dotierten Bereiche, bei einer bedeutend höheren Geschwindigkeit als die p-dotierten Bereiche zu oxydieren, in den n+-Bereichen eine bedeutend dickere Oxidschicht als in den p- Kontaktbereichen erzeugt. Insbesondere sind die in den Kontaktbereichen des npn-Emitters 60 und des Kollektor-Sperrschicht- Berührungsbereiches gebildeten Oxidschichten drei- bis fünfmal dicker als die im npn-Basiskontaktbereich und im lpnp-Emitterkontaktbereich gebildeten Oxidschichten 68.
In einem Beispiel beträgt die Dicke der Oxidschicht in diesem Stadium des Herstellungsprozesses in den p-dotierten Bereichen (d. h. in den Kontaktbereichen der npn-Basis, des lpnp-Emitters, des lpnp-Kollektors usw.), in den n--Epitaxieschichtbereichen (die den SBD-Anodenbereichen entsprechen) und in den n+ -dotierten Bereichen (d. h. in den Kontaktbereichen des npn-Emitters oder Kollektors, der lpnp-Basis, der SBD-Kathode usw.) 30 nm, 140 nm bzw. 120 nm.
Bei der Fortsetzung des vorliegenden Prozesses, unter Bezugnahme auf Fig. 7, wird die dünne Oxidschicht 68 in den p-Kontaktbereichen entfernt, wobei ein Standardtauchätzen mit gepufferter Fluorwasserstoffsäure zur Öffnung der p-Kontaktbereiche verwendet wird. Während dieses Ätzschrittes wird auch ein Teil der Oberfläche (ungefähr gleich der Dicke der Oxidschicht 68) der Oxidschichten 66 und 70 entfernt, was sie in die Schichten 66' bzw. 70' transformiert. Typischerweise liegt die Dicke des in allen Kontaktbereichen mit Ausnahme der p-Kontaktbereiche zurückbleibenden Oxids im Bereich von ungefähr 80 bis 100 nm.
Nachdem alle Bereiche des Halbleiterkörpers mit Ausnahme der p- Kontaktbereiche, so wie in Fig. 7 dargestellt, mit einer Maske maskiert wurden, die entweder aus einem Oxid (66' oder 70') oder einem Oxidnitrid (36 bis 54 oder 52 bis 54) besteht, wird ein pleitender Dotand in die p-Kontaktbereiche eingebracht, um den Dotandverlust in diesen Bereichen während des früher diskutierten thermischen Oxydationsschrittes auszugleichen. Das p-Kontaktdotieren kann durch Ionenimplantation bei niedriger Energie oder Offenrohrdiffusion erreicht werden. Eine typische Ionenimplantation verwendet Borionen (11 B+) bei einer Energie von 5 bis 15 keV und einer Dosis von (1-5)·10¹&sup5; Ionen/cm². Eine bevorzugte Methode ist die BBr3-Ablagerung und Diffusion bei einer niedrigen Temperatur von ungefähr 800 bis 850ºC. Die Diffusion wird bevorzugt, da sie in den p-dotierten Bereichen minimale Schäden verursacht. Die niedrige Temperatur wird bevorzugt, da die Umverteilung der npn-Basis- und Emitter-Dotandprofile minimiert wird. Die p-Kontaktdiffusion wird typischerweise bis zu einer Tiefe von 0,1 bis 0,3 um getrieben, was die p-Taschen 72 und 74 ergibt. Das Bordotieren wird in diesem Schritt ausgeführt, um eine Borkonzentration zu erreichen, die gleich der Grenze der festen Löslichkeit von Bor in Silizium oder wenigstens gleich 10²&sup0; Atome/cm¹ ist. Da alle Bereiche mit Ausnahme der p-Kontaktbereiche maskiert sind, werden während dieses p-Kontaktdotierungsschrittes die p+-Taschen 72 und 74 bezüglich des darunter liegenden p-dotierten Bereiches selbstausgerichtet gebildet.
Die obige p-Kontaktdotierung hat mehrere Vorteile: sie kompensiert den Dotandverlust auf Grund des Herausdiffundierens in früheren thermischen Prozeßschritten, wodurch der mit den p-dotierten Bereichen zusammenhängende Kontaktwiderstand dramatisch reduziert wird, insbesondere der npn-Basiskontaktwiderstand Rbc; sie reduziert den nicht eigenleitenden Basiswiderstand Rbe des npn auf Grund der erhöhten Dotandkonzentration in der Nähe des Basiskontaktes; der Effekt dieser Reduzierungen der Basiswiderstandskomponenten ist eine bedeutende Reduzierung des npn-Basisreihenwiderstandes; sie reduziert den Reihenwiderstand des lpnp- Emitters, wodurch die Effektivität dieses Emitters und die Verstärkung des lpnp-Transistors erhöht wird; das Dotandenkonzentrationsprofil des npn-Emitters und somit seine Effektivität wird erhalten, da der npn-Emitter während des p-Kontakt-Dotierungsschrittes voll maskiert ist und an jeglicher Gegendotierung gehindert wird; die erhöhte Dotierung des npn-Basiskontaktes erhöht auch die inverse Verstärkung des npn-Bauelementes, die in Schaltkreisentwürfen mit gemischter Transistorlogik eine erwünschte Eigenschaft ist. Tatsächlich zeigte ein experimentieller Vergleich identischer CTS-Strukturen, die entsprechend dem vorliegenden und dem bisher angewandten Prozeß hergestellt wurden, der keine gesteuerte Einbringung des Dotanden in den Basiskontakt nach der Emitterherstellung aufweist, die folgenden dramatischen Verbesserungen: der nicht eigenleitende Basiswiderstand war 40% niedriger, die lpnp-Verstärkung (bei 100 uA) war 45% höher, und die inverse npn-Verstärkung (bei 100 uA) war ungefähr 30% höher als die der CTS-Struktur, die auf herkömmliche Art hergestellt wurde.
Wenn man unter Bezugnahme auf Fig. 7 fortsetzt, dann werden als nächstes die Oxidschichten 70' in den n+-Bereichen mit Hilfe eines geeigneten Ätzmittels entfernt, wodurch die n+ -Kontaktbereiche freigelegt werden. In dieser Bearbeitungsstufe sind alle Kontaktbereiche des integrierten Schaltkreises offen und zur Bildung von ohmschen Kontakten bereit. Für diese Struktur kann eine Vielzahl von ohmschen Metallkontakten verwendet werden. Als Beispiel wird jedoch ein ohmscher Platinsilizidkontakt 76 für jedes Element der CTS-Zelle verwendet. Er wird durch Überdeckungsablagerung von metallischem Platin über dem blanken Silizium und den Siliziumnitridflächen gebildet. Die Struktur wird auf eine niedrige Temperatur im Bereich von ungefähr 400 bis 550ºC erhitzt, damit durch Reaktion des Siliziums und des Platins Platinsilizid gebildet wird. Das nichtumgesetzte Metall wird jetzt durch konventionelles Ätzen entfernt. Das in den Bereichen 62 und 64 gebildete Platinsilizid funktioniert als p- Seite (d. h. als Anode) der zwei SBD-Verbindungen. Über der Platinsilizid- und der Siliziumnitridschicht wird eine Überdeckungsmetallschicht eines Übergangsmetall - Aluminium, Kupfer, Aluminium-Kupfer oder dergleichen - abgelagert. Herkömmliche Lithographie- und Ätztechniken werden zum Aufreißen der Überlagerungsmetallschicht benutzt, um den npn-Kollektorkontakt 78, den gemeinsamen Kontakt 80 der aufgeklemmten SBD-Anode und der npn-Basis (auch lpnp-Kollektor), den pnp-Emitterkontakt 82, den lpnp-Emitterkontakt 84 und den Eingangs-SBD-Anodenkontakt 86 zu bilden.
Insgesamt wird durch Benutzung der Erfindung eine Reduzierung des p-Kontaktwiderstandes erreicht, indem eine Festkörperlöslichkeitsdiffusion ohne nachfolgende Reoxydation des Basiskontaktbereiches ausgeführt wird, die den Bereich der Kontaktfläche entleeren würde. Dies wird erreicht, indem man (1) aus der Erscheinung Vorteil zieht, daß bei niedrigen Temperaturen stark dotierte n+-Bereiche bei einer wesentlich höheren Geschwindigkeit als p-dotierte Bereiche oxydieren, um in den n+ -Kontaktbereichen eine Oxidmaske zwischenzuschalten, die das Gegendotieren dieser n+-Bereiche während des p-Kontaktbereich-Dotierungsschrittes verhindern würde, und (2) die Dicken der Originaloxidschicht in den verschiedenen n-, n+ und p-Bereichen wohlüberlegt wählt, um ein selektives Maskieren/Öffnen dieser Bereiche während der verschiedenen Dotierungsschritte zu erlauben. Das abschließende ergänzende Dotieren ist bezüglich der p-Kontaktbereiche selbstausgerichtet (das bedeutet, daß die abschließende p-Kontaktdiffusion nur an den p-Kontakten realisiert wird), ohne daß zusätzliche Masken notwendig sind oder der Abstand zwischen den Kontakten erhöht wird. Mit anderen Worten liefert der vorliegende Prozeß eine hervorragende (extrem niedrige Schaltkreisverzögerung) integrierte Bauelement-Schaltkreis-Struktur mit dichterer Kontaktanordnung (was die Bauelementedichte erhöht).
Somit wurde entsprechend der Erfindung ein Prozeß realisiert, der die dargestellten Ziele und Vorteile vollständig erfüllt.
Obwohl die Erfindung im Kontext der Bildung einer aus bipolaren Bauelementen zusammengesetzten CTS-Zelle beschrieben wurde, ist offenkundig, daß im Licht der obigen Beschreibung für den Fachmann viele Alternativen, Modifikationen und Variationen ersichtlich sind. In ihrer allgemeinsten Form kann die Erfindung verwendet werden, um den p-Kontaktwiderstand in irgendeiner integrierten Schaltung zu verringern, gleichgültig ob es sich um bipolare oder FET-Technologie handelt, solange wie in der Schaltung sowohl n- als p-leitende Bereiche existieren und deshalb Kontakte mit niedrigem Widerstand erforderlich sind. Obwohl die Erfindung im Kontext der Herstellung aktiver Bauelemente beschrieben wurde, ist sie in gleicher Weise auf die Herstellung passiver Bauelemente oder die Herstellung von Schaltkreisen anwendbar, die eine Kombination von aktiven und passiven Bauelementen enthalten. Passive Bauelemente enthalten in diesem Zusammenhang sowohl Widerstände als auch Kondensatoren.

Claims

1. Verfahren zur Bildung eines selbstausgerichteten ohm'schen Kontaktes niedrigen Widerstands an p-leitende Bereiche in Verbindung mit der Bildung von Kontakten an n&spplus;-leitende Bereiche in einem Halbleitersubstrat, welches die folgenden Schritte aufweist:

Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, das zumindest einen pleitenden Bereich (46) und einen n&spplus;-leitenden Bereich (40) besitzt;

Bilden einer Isolatorschicht (36/54) auf dem Substrat;

Ausbilden erster bzw. zweiter Kontaktöffnungen in der Isolatorschicht, entsprechend den p-leitenden (46) und den n&spplus;-leitenden (40) Bereichen;

Ausbilden einer Isolatorschicht in den ersten und zweiten Kontaktöffnungen, wobei die Isolatorschicht (70) in den zweiten Kontaktöffnungen 3 bis 5-mal dicker ist, als die Isolatorschicht (68) in den ersten Kontaktöffnungen;

Entfernen der Isolatorschicht (68) aus den ersten Kontaktöffnungen, während die Isolatorschicht (70) in den zweiten Kontaktöffnungen im wesentlichen unversehrt belassen wird;

Einbringen eines p-Leitungsdotierungsmittels in den p-leitenden Bereich (46) durch die erste Kontaktöffnung, um deren Kontaktwiderstand zu reduzieren;

Entfernen der Isolatorschicht (70) in den zweiten Kontaktöffnungen, um die n&spplus;-leitenden Bereiche (49 freizulegen, und

Bilden ohm'scher Kontakte an den p-leitenden und n&spplus;-leitenden Bereichen durch die entsprechenden Kontaktöffnungen hindurch.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Halbleitersubstrat aus Silizium besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem das p-Leitungsdotierungsmittel Bor ist und die Dotierung zwecks Reduzierung des Kontaktwiderstandes des p-Bereiches erreicht wird, um annähernd die Feststoff-Löslichkeitsgrenze von Bor in Silizium zu erreichen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei welchem der Isolator (70, 68) in den Kontaktöffnungen Siliziumdioxid ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, oder 3, bei welchem die Isolatorschicht auf dem Substrat aus Siliziumdioxid und Siliziumnitrid besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem das Siliziumdioxid dadurch gebildet wird, daß die Öffnungen bei einer niedrigen Temperatur von 800-900ºC thermisch oxidiert werden, wobei die unterschiedliche Oxidationsrate der p- und n&spplus;-leitenden, durch die Kontaktöffnungen freigelegten Bereiche ausgenutzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der n&spplus;-Bereich in einem Oberflächenabschnitt des p-leitenden Bereichs ausgebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem die p-leitenden und die n&spplus;-Bereiche die Basis und der Emitter eines vertikalen NPN- Transistors sind, wobei die Basis durch Dotieren mit Bor und der Emitter durch Dotieren mit Arsen gebildet werden.