DE3919575A1 - Bipolartransistor und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Bipolartransistor und ein
Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Um eine halbleiterintegrierte Schaltung mit guten elektrischen
Eigenschaften auszustatten, ist es im allgemeinen notwendig,
die Eigenschaften hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeit und
des Leistungsverbrauches in einem besonderen Schaltkreisele
ment, das die halbleiterintegrierte Schaltung bildet, zu stei
gern. Insbesondere Bipolarelemente, die im großen Umfang in
einem elektrischen oder elektronischen System mit hoher Ver
arbeitungsgeschwindigkeit, wie einem Computer, einem Kommuni
kationsgerät o.dgl. verwendet werden, sollen sowohl hinsicht
lich der Größe der Bauelemente als auch hinsichtlich der
Arbeitsgeschwindigkeit verbessert werden, da der Aufbau der
artiger Systeme von Tag zu Tag komplizierter wird.
Um bei Bipolartransistoren eine höhere Packungsdichte, einen
niedrigeren Leistungsverbrauch und eine erhöhte Geschwindigkeit
zu erhalten, sollte weiterhin die Kapazität und der Widerstand
zwischen den jeweiligen Einheiten verringert werden. Die Ver
ringerung dieses Widerstandes und dieser Kapazität, die die
Arbeitseigenschaften von Bipolartransistoren bestimmen, ist
durch die Minimierung der Minimalentfernung zwischen Rand des
Emitterbereiches und der Basiselektrode erreicht worden. Wegen
der betreffenden Technik, die im Stand der Technik als PSA-
Technik (selbstpositionierende Polysilizium-Technik) bekannt
ist, und die eine Einheitentrennung mit einer Oxidschicht und
einer Selbstpositionierung des Emitters und der Basis enthält,
ist der mit diesem Prozess hergestellte Bipolartransistor auch
als PSA-Bipolartransistor bezeichnet worden. Der Basiswider
stand des Bipolartransistors, der seine Arbeitsseigenschaften
beeinflußt, beruht auf dem Abstand zwischen dem Basiskon
taktfenster zu dem Emitter und der intrinsischen Basis, an der
die wesentliche Arbeit des Bipolartransistors ausgeführt wird.
Es gibt jedoch wegen der Einschränkung, daß der Abstand
zwischen dem Emitter-Layout-Metall und dem Basis-Layout-Metall
einen geeigneten Wert einzunehmen hat, hinsichtlich der Ver
ringerung der Bauteilfläche eine Grenze. Dies führt dazu, daß
eine weitere Verringerung des Widerstandes und der Kapazität,
die in dem Bipolartransistor selbst bestehen, im wesentlichen
unmöglich ist und daß hinsichtlich der Verbesserung der
Arbeitsgeschwindigkeit und Leistungsverbrauches keine Vorteile
zu erwarten sind.
Ein unlängst zur Überwindung der erwähnten Probleme entwickel
ter Bipolartransistor in selbstpositionierender Polysilizium
technik besitzt einen Spacer, der ein in der Größe minimiertes
Trennmittel enthält, das durch ein reaktives Ionenätzverfahren
und ein selbstpositionierendes Emitter/ Basis-Verfahren gebil
det wird, daß die überlappende Ausbildung des doppelten Poly
siliziums verwendet.
Die nächsten zwei Verfahren finden im breiten Umfang Verwen
dung, um einen Spacer herzustellen, der ein in der Größe mini
miertes Trennmittel bildet.
Bei dem ersten Verfahren wird, wie dies in Fig. 1A dargestellt
ist, ein Spacer (28) derart gebildet, daß er in die Seitenwand
bereiche des Emitterbildungsgebietes eindringt. Genauer gesagt
wird zunächst ein erstes Polysilizium (27) einer Basis auf die
Oberfläche eines Substrates aufgebracht und eine Öffnung zum
Schaffen einer den Emitter bildenden Gebietes angebracht.
Anschließend wird eine Oxidschicht (26) zum Bedecken des ersten
Polysiliziums (27) vorgesehen. Dann wird durch die Oxidschicht
(26) ein Spacer (28) an den inneren Randbereichen des ersten
Polysiliziums (27) mittels eines reaktiven Ionenätzverfahrens
gebildet. Danach wird ein zweites Polysiliziums (25) eines
Emitters auf die Öffnung für das Emitterbildungsgebiet
aufgebracht und die ganze Oberfläche des Transistorgebietes
wird von einer Oxidschicht (24) bedeckt. Nach Durchlaufen des
Prozesses zur Bildung der Verbindungsfenster werden die
jeweiligen Metallelektroden (22, 23) aufgebracht und durch die
Verbindungsfenster mit dem zugeordneten ersten Polysiliziums
(27) einer Basis und einem zweiten Polysiliziums (25) eines
Emitters verbunden, um einen resultierenden Bipolartransistor
zu schaffen, bei dem der Emitter und die Basis
selbstausgerichtet sind.
Bei dem zweiten Verfahren wird der Spacer (28′) gebildet, um
sich von den Seitenwandbereichen des Emittergebietes zu erhe
ben. Dabei wird das Emittergebiet von einer Nitridschicht und/
oder einer Oxidschicht bedeckt, ein Polysilizium (27′) einer
Basis auf die Oberfläche eines Substrates aufgebracht, danach
wird eine Oxidschicht (26′) auf das Polysilizium (27′) einer
Basis aufgebracht und dann mittels eines reaktiven Ionen
ätzverfahrens eine Öffnung zum Festlegen des Emittergebietes
eingebracht wird. Demgemäß wird ein Spacer (28′) gebildet, der
direkt von der zentralen Öffnung gegen die inneren Randbereiche
des Polysiliziums (27′) übertritt. Die übrigen Bereiche (22′,
23′, 24′, 25′ und 26′) werden auf die gleiche Weise wie beim
ersten Beispiel hergestellt.
Weitere Einzelheiten eines solchen fortschrittlichen PSA-Bipo
lartransistors werden in den Zeitschriften der IEEE TRANSAC-
TIONS ON ELECTRON DEVICES, Vol. ED-27, Nr. 8, 1980, Seite 1390
bis 1394 und Vol. ED-33, Nr. 4, 1986, Seite 526 bis 531 etc.
offenbart.
Obwohl diese nach den obigen Verfahren hergestellten Bipolar
transistoren Verbesserungen gebracht haben, die gegenüber den
früheren PSA-Bipolar-Transistoren erhöhter Aufmerksamkeit wert
sind, ist jedoch, da die Länge oder die Breite des das größen
minimierte Trennmittel bildenden Spacers durch einen reaktiven
Ionenätzprozeß vom Trockenätztyp eingestellt werden muß, die
Prozeßsteuerung schwierig und kompliziert und neigt dazu, die
Siliziumoberfläche des aktiven Transistorgebietes zu zerstören
und die elektrischen Eigenschaften des Bipolartransistorbau
teiles zu verschlechtern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bipolartransi
stor mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit und ein Verfahren zur
Herstellung desselben vorzuschlagen, der in der Lage ist, die
mit der herkömmlichen Technik verbundenen Probleme zu lösen.
Diese Aufgabe wird bei einem Bipolartransistor der eingangs
genannten Art durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungs
gemäßen Bipolartransistors vorgesehen.
Nach der vorliegenden Erfindung kann ein minimaler Zwischenraum
zwischen dem Emitter und der Basis in einfacher Weise dadurch
erreicht werden, daß beim LOCOS-Verfahren das spezielle BIRD′S-
BEAK-Phänomen benutzt wird und demzufolge die Herstellung des
Bipolartransistors mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit gegenüber
den herkömmlichen vereinfacht ist. Weiterhin sind der Innen
widerstand des Bauteiles und die Kapazitäten zwischen den
jeweiligen Bauteilen sehr verringert, wodurch hohe Leistung und
sichere elektrische Eigenschaften des Bipolartransistors
erzielt werden.
Die Erfindung wird weiter anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1A, 1B Teilansichten des Emitter/Basis-Aufbaues eines
herkömmlichen Bipolartransistors in selbstaus
richtender Polysilizium-Technik,
Fig. 2 eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Bipolar
transistors und
Fig. 3A bis G Teilansichten, die das Herstellungsverfahren des
erfindungsgemäßen Bipolartransistors verdeut
lichen.
In Fig. 2 ist ein Bipolar-Transistor mit hoher Arbeitsgeschwin
digkeit und selbstausgerichteten Emitter und Basis gezeigt, bei
dem ein Bereich der Feldoxidationsschicht, der in der Nähe des
Emittergebietes (13) durch das BIRD′S BEAK-Phänomen während der
Feldoxidation des LOCOS-Verfahrens herrührt, einen Spacer (8)
bildet, um zwischen dem Emitter und der Basis einen minimalen
Abstand zu erhalten.
Mit Bezug auf die Fig. 3A bis 3G wird nun ein Verfahren zur Her
stellung des erfindungsgemäßen Bipolar-Transistors beschrieben.
Fig. 3A zeigt das Abschirmen des aktiven Gebietes mit einer
Silizium-Nitridschicht (4) und einer Polysiliziumschicht (5),
wobei das aktive Gebiet den Emitterbildungsbereich darstellt.
Zunächst wird auf der Oberfläche eines Siliziumwafers vom
(P-)-Typ eine Epitaxialschicht (1) vom N-Typ durch Arsenionen
injektion und thermische Diffusion aufgewachsen. Dann wird eine
deckende Oxidationsschicht (2) bis zu einer Dicke von 300 bis 800
Angström auf der Epitaxialschicht (1) vom N-Typ gebildet. An
schließend wird Bor mit einer Dosis von 1 bis 5×1013 inji
ziert, um eine Epitaxialschicht (3) vom P-Typ mit vorbestimmter
Dicke zu erzeugen.
Nachfolgend werden der Reihe nach eine Siliziumnitridschicht
von 1500 bis 2000 Angström Dicke und eine Polysiliziumschicht
von 2000 Angström auf die gesamte Oberfläche des Substrates
aufgebracht und mittels Fotolithographie geätzt, um eine
aufgestockte Form einer Siliziumnidridschicht (4) und einer
Polysiliziumschicht (5) zu erhalten, die dazu beiträgt, die
vorstehend erwähnte aktive Schicht unter dem Transistor
abzudecken und zu schützen.
Fig. 3B zeigt den Verfahrensschritt der Feldoxidation, der auf
dem LOCOS-Verfahren basiert. In diesem Verfahrensschritt wird
die Feldoxidation auf dem Feldgebiet mit Ausnahme des ge
schützten aktiven, mit dem im Verfahrensschritt der Fig. 3A
gegebenen Gebietes des Gegenstandes ausgeführt, wobei eine
Feldoxidationsschicht (6) von 4000 bis 5500 Angström Dicke
aufgewachsen wird. Während dieser Zeit wird ein Bereich der
Feldoxidationsschicht (6), der an den Rändern der Silizium
nitridschicht (4) angrenzt, im Hinblick auf das BIRD′S-BEAK-
Phänomen deformiert. Der deformierte Bereich wird als Spacer
wirken, der den Emitter von der Basis trennt. Weiterhin wird
die Polysiliziumschicht (5) in eine Siliziumdioxidschicht (7)
umgewandelt, welche zusätzlich zu der abdeckenden Oxidschicht
(2) und der Siliziumnitridschicht (4) als eine Abdeck- und
Schutzschicht wirkt, die während des nachfolgenden reaktiven
Ionenätzverfahrens die aktive Schicht schützt.
In Fig. 3C ist ein Verfahrensschritt zum Vorbereiten des voll
ständigen Spacers (8) gezeigt. Die mittels des in Fig. 3A ge
zeigten LOCOS-Verfahrens gebildete Feldoxidationsschicht (6)
wird bis auf den BIRD′S-BEAK-Spacer (8) mittels einer reaktiven
Ionenätztechnik reduziert, wobei nur die Siliziumdioxidschicht
(7) ebenfalls beseitigt wird. Die Weite des geätzten Spacers
(8) kann leicht abhängig von der Dicke der Feldoxidations
schicht (6) eingestellt werden. Der entstehende Spacer (8), der
den Emitter von der Basis trennt, ist dazu geeignet, nur eine
minimale Größe zu haben.
In Fig. 3D wird der Verfahrensschritt des Aufbringens einer der
Basis entsprechenden Polysiliziumschicht (9) gezeigt, wobei
eine Polysiliziumschicht (9) von 3000 bis 5000 Angström
zunächst auf dem im Verfahrensschritt der Fig. 3C hergestellten
Gegenstand aufgebracht wird. Ein Borion wird in die Polysili
ziumschicht (9) injiziert, um das nicht aktive Gebiet der
Epitaxialschicht (3) vom P-Typ in das extrinsische (P+) -Basis
gebiet mit Verunreinigungen in hoher Konzentration umzuwandeln,
wodurch der Widerstand des Basisgebietes verringert wird.
Danach wird ein Fotoresist (10) auf die Polysiliziumschicht (9)
aufgebracht und die Polysiliziumschicht (9), die auf der
aktiven Schicht angeordnet ist, wird in die in Fig. 3E darge
stellte Form zurückgeätzt.
Anschließend wird, wie dies in Fig. 3E gezeigt ist, eine Oxid
schicht (11) lediglich auf der verbliebenen Polysiliziumschicht
(9) des nicht aktiven Gebietes aufgebracht.
Fig. 3F zeigt einen Verfahrensschritt zum Anbringen einer als
Schablone dienenden Polysiliziumschicht (12) und eines hoch
konzentrierten Emittergebietes (13) vom N-Typ, durch welchen
nach Entfernung der abdeckenden Oxidationsschicht (2) und der
Siliziumnitridschicht (4) von dem in Fig. 3E gezeigten Gegen
stand eine Polysiliziumschicht von 2000 bis 3000 Angström Dicke
aufgebracht wird, ein Arsenion mit einer Dosis von 5 bis 9×
1015 in das aktive Gebiet injiziert wird, um ein Emittergebiet
(13) vom N-Typ zu bilden, und durch welchen anschließend die
als Schablone dienende Schicht (12) mittels Fotolithographie
über der Polysiliziumschicht erhalten wird.
In Fig. 3G ist der Verfahrensschritt der Bildung der Emitter
elektrode (15) und der Basiselektrode (17) mittels eines Metal
lisierungsverfahren dargestellt. Hierbei wird auf dem in Fig.
3F dargestellten Gegenstand eine Siliziumdioxidschicht von 3000
bis 4000 Angström Dicke mittels eines chemischen Aufdampfver
fahrens aufgebracht. Dann wird mittels Fotolithographie ein
Emitterfenster und ein Basisfenster jeweils an den zugeordneten
Emitterbildungsgebieten und Basisbildungsgebieten geschaffen.
Schließlich wird durch selektive Metallisierung auf den jewei
ligen Fenstern eine Schicht von 8000 bis 12 000 Angström Dicke
zur Bildung der Emitterelektrode (15) und der Basiselektrode
(16) aufgebracht, wodurch der erfindungsgemäß erwünschte
NPN-Bipolartransistor erhalten wird.
Obwohl die vorstehenden Beschreibungen die Herstellung eines
erfindungsgemäßen NPN-Bipolartransistors betreffen, ist die in
den Ansprüchen beanspruchte technische Idee selbstverständlich
ebenfalls auf die Herstellung von PNP-Bipolartransistoren an
wendbar.
Claims (2)
1. Bipolartransistor mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit und
mit einem selbstpositionierten Emitter/Basis-Aufbau mit einem
dazwischen befindlichen Spacer, dadurch gekennzeichnet, daß der
Spacer aus einem Bereich einer Feldoxidationsschicht besteht,
der durch das BIRD′S-BEAK-Phänomen während der Feldoxidation
nach dem LOCOS-Verfahren gebildet worden ist.
2. Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors
gemäß Patentanspruch 1, mit:
- a) einem Verfahrensschritt, bei dem auf einer ab deckenden Oxidschicht eines Halbleitersubstrates mit einer Siliziumnitridschicht ein aktives Gebiet aufeinanderfolgend aufgestockt wird, wobei das aktive Gebiet den Emitterbildungsbereich darstellt;
- b) einem Verfahrensschritt, bei dem mittels eines LOCOS-Verfahrens eine Feldoxidationsschicht auf die abdeckende Oxidschicht oxidiert wird;
- c) einem Verfahrensschritt, bei dem die Feld oxidationsschicht mittels eines reaktiven Ionen ätzverfahrens geäzt wird, um einen Spacer mit minimalem Abstand zwischen einem später herge stellten Emitter und einer Basis zu erhalten;
- d) einem Verfahrensschritt, bei dem eine zweite Polysiliziumschicht einer Basis aufgebracht wird, in die zweite Polysiliziumschicht injiziert wird, ein Fotoresist darauf aufgebracht wird und die zweite Polysiliziumschicht einer Basis, die auf dem aktiven Bereich aufgestockt ist, zurückgeäzt wird;
- e) einem Verfahrensschritt, bei dem eine Oxidschicht auf der nach dem Verfahrensschritt d) verbleibenden Schicht aufgebracht wird;
- f) einem Verfahrensschritt, bei dem die abdeckende Oxidationsschicht und die Siliziumnitridschicht, die auf dem aktiven Gebiet aufgestockt sind, entfernt werden, und bei dem ein drittes Polysilizium aufgebracht wird und mittels eines Ioneninjektions verfahrens ein Emittergebiet hoher Konzentration gebildet wird; und
- g) einem Verfahrensschritt, bei dem mit einem Metal lisierungsverfahren die Emitterelektrode und die Basiselektrode gebildet werden.
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