DE4444776C2 - Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit einer selbstjustierenden vertikalen Struktur - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit einer selbstjustierenden vertikalen StrukturInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors, bei
dem der Emitter, die Basis und der Kollektor vertikal selbstjustierend sind.
Um die Betriebseigenschaften einer Halbleiter-Schalteinrichtung in der
Halbleitertechnik zu verbessern, hat man mehrere Typen von Heteroübergangs-
Bipolartransistoren entwickelt. Einer davon weist statt einer Silizium-Basis
typischerweise eine SiGe-Basis auf und hat die Eigenschaft einer kleiner
werdenden Energiebandlücke und einer vom Ge-Gehalt der SiGe-Basis
abhängigen Abstufung.
Da so ein Heteroübergangs-Bipolartransistor ähnlich wie ein bekannter
Homoübergangs-Transistor unter Verwendung von Polysilizium als Material zur
Bildung von Basis- und Emitterbereichen und außerdem als Fremdatom-
Diffusionsquelle des Emitterbereichs sowie unter Verwendung einer SiGe-Basis
hergestellt wird, um den Emitterinjektionswirkungsgrad zu vergrößern, und der
Basisbereich durch einen ultradünnen Film gebildet wird, der mit Fremdatomen
hoher Konzentration dotiert ist, weist der Heteroübergangs-Transistor eine
wesentliche bessere Stromverstärkung und Schaltgeschwindigkeit auf.
Da die Integration von Halbleiterschaltungen immer weiter verbessert wird, d. h., da
Halbleiterschaltungen größenmäßig weiter verkleinert werden, hat man ein
selektives Aufwachsen entwickelt, um eine in einer Basis auf einem aktiven Bereich
einer Schaltung und zwischen ihrer Basis und ihrem Kollektor auftretende
Parasitärkapazität zu verkleinern. Um eine dünne Basiselektrode zu bilden, wird
außerdem ein Metallsilizid (TiSi2) anstelle von Polysilizium verwendet.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines bekannten Heteroübergangs-Bipolartransistors, bei
dem die Basis durch superselbstjustierendes selektives Aufwachsen gebildet wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nachstehend das Herstellungsverfahren des
bekannten Heteroübergangs-Bipolartransistors beschrieben.
Zuerst wird nach aufeinanderfolgendem Bilden eines n+-leitenden Subkollektors 1,
eines n+-leitenden Kollektors 3 und eines Kollektorsenkers 16 auf einem Substrat
1 eine Grabentrennung durchgeführt, um einen Graben im Substrat 1 zu bilden.
Danach wird ein Isoliermaterial in den Graben gefüllt, um eine Isolierschicht 4 zur
Schaltungstrennung zu bilden.
Außerdem wird ein aktiver Bereich des Transistors abgegrenzt, indem ein aus einer
Isolierschicht 5, einer p+-leitenden Polysiliziumschicht 6, einer Isolierschicht 7 und
einer Seitenwand-Nitridschicht 8 bestehendes Muster gebildet wird und dann
Fremdatome in den aktiven Bereich injiziert werden, um einen n-leitenden
Kollektorbereich 9 zu bilden, wodurch die Hochstromeigenschaften des Transistors
verbessert werden können.
Als nächstes werden in dem so gebildeten aktiven Bereich eine SiGe-Basis 10, die
als Eigenleitungs-Basis dient, und eine Polysiliziumschicht 11 für eine elektrische
Verbindung zwischen der p+-leitenden Polysiliziumschicht 6 und der Basis 10
unter Verwendung von Gasquellen-MBE (MBE = Molekularstrahlepitaxie) aufein
anderfolgend aufgewachsen. Daher wird ein zwischen dem Kollektor und der Basis
gebildeter Parasitärkapazitätsbereich auf die Breite der Polysiliziumschicht 11
beschränkt.
Nach Bildung einer Seitenwand-Isolierschicht 12 auf der Eigenleitungs-Basis 10
durch ein bekanntes anisotropisches Ätzverfahren wird schließlich ein Emitter 13
selbstjustiert und werden Elektroden 15 darauf gebildet, wie in Fig. 1 gezeigt.
Wie oben beschrieben, besteht die Eigenleitungs-Basis 10 aus SiGe, um den
Emitterinjektionswirkungsgrad zu vergrößern, und sind sowohl Kollektor und Basis
als auch Emitter und Basis selbstjustierend. Da der Parasitärkapazitätsbereich der
Basis auf einen Bereich beschränkt ist, der der Seitenwand-Nitridschicht 8 und der
Seitenwand-Isolierschicht 12 entspricht, kann die Parasitärkapazität abhängig von
einer Steuerung der Gesamtbreite der Seitenwand-Nitridschicht 8 und der
Seitenwand-Isolierschicht 12 verkleinert werden.
Im Herstellungsablauf ist es jedoch ungünstig, die Polysiliziumschicht 11 mit einem
vorbestimmten Muster unter Verwendung von horizontalem Nassätzen der
Isolierschicht 5 zu bilden und den Parasitärkapazitätsbereich zwischen dem
Kollektor und der Basis abzugrenzen, da die Gleichförmigkeitsstabilität und die
Reproduktion eines solchen Herstellungsablaufs ernstlich verringert sind. Als Folge
davon wird die Leistungsfähigkeit der so hergestellten Schaltung ernstlich
verringert.
Um die Basis 10 und die Polysiliziumschicht 11 zu bilden, muss außerdem zweimal
ein äußerst langsames, selektives Dünnfilm-Aufwachsen durchgeführt werden. Da
ihre Baumaterialien außerdem voneinander verschieden sind, sind ihre
Bildungsprozesse sehr kompliziert. Somit entsteht das Problem, dass die
Produktionsausbeute verringert wird.
Wird Polysilizium äußerst dünn auf der Dünnfilm-Basis 10 aufgewachsen, entsteht
außerdem das Problem, dass eine solche extreme Dünnfilm-Basis bei Auftreten
eines Defekts darin einen sehr ungünstigen Einfluss auf die Schaltung ausübt.
Aus US-4,851,362 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung
bekannt, welches folgende Schritte umfasst: Bilden einer Polysiliziumschicht mit
vordefinierter Fläche für eine Basiselektrode auf einer Oberfläche eines dünnen
Isolatorfilms, Bilden eines Isolatorfilms an einer Seitenwand der freigelegten
Polysiliziumschicht, Aufwachsen von ersten und zweiten Expitaxieschichten auf der
freigelegten Oberfläche eines Siliziumsubstrats, um die Epitaxieschicht mit der
Polysiliziumschicht zu verbinden und eine aktive Basis und einen Emitter in der
Epitaxieschicht zu bilden, so dass die Polysiliziumschicht als Pull-out-Elektrode für
die Basis gebildet wird.
"IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 35, Nr. 3, August 1992, Seiten 428-431"
befasst sich mit dem Problem der Selbstausrichtung einer stark dotierten äußeren
Basisschicht an eine Emitteröffnung. Ausgangspunkt ist eine Struktur aus mehreren
Schichten, in die mit Hilfe von verschiedenen Schichten eine Emitteröffnung
hineingeätzt und ein Emitter gebildet wird.
Aus der US-5,326,718 ist ein Verfahren zur Herstellung eines lateral begrenzten
Einkristallbereichs bekannt, der sich zur Verwendung als aktiver Bereich eines
Transistors eignet. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bildung einer ersten Schicht
auf einer Substratoberfläche, welche erste Schicht bezüglich des Substrats selektiv
ätzbar ist und SiO2 aufweist, Bilden einer zweiten Schicht auf der ersten Schicht,
wobei die zweite Schicht bezüglich der ersten Schicht selektiv ätzbar ist und
polykristallines Silizium aufweist, Bereitstellung einer Öffnung in der ersten und der
zweiten Schicht, um einen Oberflächenbereich des Substrats freizulegen,
Bedeckung der Oberflächen und Seitenwände der zweiten Schicht mit einer dritten
Schicht, selektives Ätzen der ersten Schicht bezüglich des Substrats und der
zweiten Schicht, um eine Unterschneidung zwischen der zweiten Schicht und der
Substratoberfläche herzustellen, wobei die dritte Schicht dem Ätzvorgang der
ersten Schicht widersteht, und Bildung eines Einkristallbereichs auf der freigelegten
Substratoberfläche durch selektive Epitaxie, wobei während der selektiven Epitaxie
keine Kristallbildung an der Oberfläche der dritten Schicht auftritt.
Aus der US-5,391,503 ist ein Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterbauelements bekannt, wobei eine Basis-Extraktionselektrode mittels einer
Polysilizium-Seitenwand ausgebildet wird, die mit einem Basisbereich
selbstjustierend ist, um so eine parasitäre Kollektor-Basis-Kapazität eines
Transistors zu verringern. Eine Basis wird auf ein Halbleitersubstrat durch selektive
Epitaxie aufgebracht. Ein Bereich mit hoher Dotierung wird auf der eingegrabenen
Schicht unmittelbar unterhalb eines Emitters durch Ionenimplantation ausgebildet,
um den Reihenwiderstand eines Kollektors zu verringern. Zusätzlich wird eine
bestimmte Schicht von mehreren Polysilizium-Schichten selektiv durch Strahlung
eines Excimer-Lasers ausgeheilt, um den Transistor mit hoher Geschwindigkeit
betreiben zu können und ein sehr exaktes Widerstandselement zu erhalten.
Ferner ist aus der EP 0476412 ein Herstellungsverfahren für einen Bipolartransistor
bekannt, wobei ein Siliziumfilm 9 und ein n+-Dotierungsbereich 9a zwischen einem
Basisbereich 11 und einer epitaktisch gewachsenen Schicht 3 vorgesehen werden.
Eine Siliziumoxidschicht 12 wird an den inneren Seitenwänden einer Öffnung 16
vorgesehen und ein polykristalliner n-Typ Siliziumfilm 13 und ein Emitterbereich 15
werden in dem durch den Siliziumoxidfilm 12 umgebenden Bereich ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines
Bipolartransistors zu schaffen, bei dem der Emitter, die Basis und der Kollektor
vertikal selbstjustierend sind, um den Herstellungsablauf zu vereinfachen und die
Integration und die Leistungsfähigkeit des Transistors zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines
Bipolartransistors mit folgenden Schritten gelöst:
Bilden eines vergrabenen Kollektorbereichs in einem Siliziumsubstrat unter Verwendung eines Implantation von Fremdatomen;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer ersten Oxidschicht, einer ersten Nitridschicht, einer ersten Polysiliziumschicht, einer zweiten Oxidschicht, einer zweiten Nitridschicht und einer mit Fremdatomen dotierten zweiten Polysiliziumschicht auf dem Siliziumsubstrat;
Entfernen der zweiten Nitridschicht und der zweiten Polysiliziumschicht in Bereichen oberhalb des Siliziumsubstrats und des vergrabenen Kollektorbereichs;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer dritten Oxidschicht, einer dritten Nitridschicht und einer vierten Oxidschicht auf der gesamten Oberfläche;
selektives Ätzen von der vierten Oxidschicht bis zu einer Oberseite er zweiten Oxidschicht, so dass eine Öffnung oberhalb eines ersten Oberflächen bereichs des vergrabenen Kollektors gebildet wird;
sequentielles Entfernen der zweiten Oxidschicht, der ersten Polysiliziumschicht, der ersten Nitridschicht und der ersten Oxidschicht, die durch die Öffnung freigelegt sind, um die Oberfläche des vergrabenen Kollektors freizulegen, nachdem eine erste Seitenwand auf der Seitenfläche der Öffnung gebildet wurde, und Entfernen der vierten Oxidschicht in Bereichen außerhalb der Öffnung;
Bilden einer Kollektorschicht auf der Oberfläche des vergrabenen Kollektors, der durch die Öffnung freigelegt wurde, wobei die Kollektorschicht mit einem unteren Teil der ersten Seitenwand in Kontakt ist, nachdem auf der Seitenfläche der ersten Polysiliziumschicht, die durch die Öffnung freigelegt wurde, eine zweite Seitenwand gebildet wurde;
Entfernen der ersten Seitenwand und der dritten Nitridschicht, um die Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht und der dritten Oxidschicht freizulegen;
Bilden einer Basisschicht auf der Kollektorschicht, die in Kontakt mit der Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht ist;
Bilden einer dritten Seitenwand auf der Seitenfläche der dritten Oxidschicht und einem Teilbereich der Basisschicht;
Bilden einer Emitterschicht auf der Basisschicht;
Ablagern einer Schutzschicht auf der gesamten Fläche der Emitterschicht und der dritten Oxidschicht und Formen von Öffnungen auf der einen Oberfläche der zweiten Polysiliziumschicht auf einem zweiten Oberflächenbereich des vergrabenen Kollektors und der Emitterschicht;
Bilden von Metallelektroden, die jeweils in Kontakt mit der zweiten Polysiliziumschicht, dem vergrabenen Kollektor und der Emitterschicht sind.
Bilden eines vergrabenen Kollektorbereichs in einem Siliziumsubstrat unter Verwendung eines Implantation von Fremdatomen;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer ersten Oxidschicht, einer ersten Nitridschicht, einer ersten Polysiliziumschicht, einer zweiten Oxidschicht, einer zweiten Nitridschicht und einer mit Fremdatomen dotierten zweiten Polysiliziumschicht auf dem Siliziumsubstrat;
Entfernen der zweiten Nitridschicht und der zweiten Polysiliziumschicht in Bereichen oberhalb des Siliziumsubstrats und des vergrabenen Kollektorbereichs;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer dritten Oxidschicht, einer dritten Nitridschicht und einer vierten Oxidschicht auf der gesamten Oberfläche;
selektives Ätzen von der vierten Oxidschicht bis zu einer Oberseite er zweiten Oxidschicht, so dass eine Öffnung oberhalb eines ersten Oberflächen bereichs des vergrabenen Kollektors gebildet wird;
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Bilden einer Kollektorschicht auf der Oberfläche des vergrabenen Kollektors, der durch die Öffnung freigelegt wurde, wobei die Kollektorschicht mit einem unteren Teil der ersten Seitenwand in Kontakt ist, nachdem auf der Seitenfläche der ersten Polysiliziumschicht, die durch die Öffnung freigelegt wurde, eine zweite Seitenwand gebildet wurde;
Entfernen der ersten Seitenwand und der dritten Nitridschicht, um die Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht und der dritten Oxidschicht freizulegen;
Bilden einer Basisschicht auf der Kollektorschicht, die in Kontakt mit der Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht ist;
Bilden einer dritten Seitenwand auf der Seitenfläche der dritten Oxidschicht und einem Teilbereich der Basisschicht;
Bilden einer Emitterschicht auf der Basisschicht;
Ablagern einer Schutzschicht auf der gesamten Fläche der Emitterschicht und der dritten Oxidschicht und Formen von Öffnungen auf der einen Oberfläche der zweiten Polysiliziumschicht auf einem zweiten Oberflächenbereich des vergrabenen Kollektors und der Emitterschicht;
Bilden von Metallelektroden, die jeweils in Kontakt mit der zweiten Polysiliziumschicht, dem vergrabenen Kollektor und der Emitterschicht sind.
In einer Ausführungsform besteht die Basis entweder aus einer SiGe/Si-Schicht
oder aus einer Si/SiGe/Si-Schicht.
In einer Ausführungsform wird der Ge-Gehalt der Basis zwischen der Unterseite
und der Oberseite der Basis linear gändert. Außerdem ist der Ge-Gehalt der Basis
im Bereich von 3% oder weniger konstant.
In einer Ausführungsform wird der Ge-Gehalt der Basis zwischen der Unterseite
und der Oberseite der Basis im Bereich von 30% bis 0% linear geändert.
In einer Ausführungsform ist der Ge-Gehalt der Basis zwischen der Unterseite und
einer vorbestimmten Höhe der Basis im Bereich von 30% oder weniger konstant
und wird zwischen der vorbestimmten Höhe und der Oberseite der Basis im
Bereich von 30% bis 0% geändert.
In einer Ausführungsform wird der Ge-Gehalt der Basis zwischen der Unterseite
und einer vorbestimmten Höhe der Basis im Bereich 0% bis 30% linear geändert
und zwischen der vorbestimmten Höhe und der Oberseite der Basis im Bereich von
30% bis 0% geändert.
In einer Ausführungsform besteht die erste Seitenwand-Oxidschicht entweder aus
Bor enthaltendem BSG oder aus Phosphor enthaltendem PSG.
Durch dieses Herstellungsverfahren wird ein aktiver Bereich durch Fotolithgraphie
abgegrenzt, und dadurch kann eine Grabentrennung, die für eine Verringerung der
Integration und der Leistungsfähigkeit der Schaltung verantwortlich ist, in dem
Verfahren weggelassen werden. Als Folge davon kann der Herstellungsablauf
vereinfacht werden und kann die Integration verbessert werden.
Außerdem kann eine Parsitärkapazität wesentlich verkleinert werden, da zwischen
einem Substrat und einer Verbindungselektrode gebildete Isolierschichten durch
mehrere dünne Filme gesteuert werden können, die durch die Fotolithografie
gemustert werden. Als Folge davon kann die Reproduktion von Bipolartransistoren
und ihre Produktionsausbeute in hohem Maße verbessert werden.
In den Zeichnungen sind:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die einen typischen Aufbau eines bekannten
Heteroübergans-Bipolartransistors zeigt, bei dem eine Basis durch ein
superselbstjustierendes selektives Aufwachsen gebildet wird;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines durch das
Herstellungsverfahren der Erfindung hergestellten Bipolartransistors zeigt; und
Fig. 3a bis 3j Querschnittsansichten sind, die die Prozesse zur Herstellung des
Bipolartransistors gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigen.
Da bei dem durch das Verfahren der Erfindung hergestellten Bipolartransistor ein
Emitter 34, eine Basis 32 und ein Kollektor 31 vertikal selbstjustierend sind, wobei
auf Fig. 2 Bezug genommen wird, ist es möglich, den Emitter und den Kollektor
gegeneinander auszutauschen.
Da ein aktiver Bereich durch in der Technik bekannte Fotolithografie abgegrenzt
wird, ist es nicht notwendig, einen Graben zur Schaltungstrennung zu bilden.
Nachstehend wird das Herstellungsverfahren eines Bipolartransistors gemäß der
Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 3a bis 3j im Detail beschrieben.
Wie in Fig. 3a gezeigt, werden durch Ionenimplantation Fremdatome mit hoher
Konzentration in ein Siliziumsubstrat 21 injiziert und geglüht, um einen leitenden
vergrabenen Kollektorbereich 22 zu bilden. Als nächstes werden auf dem
Siliziumsubstrat 21 aufeinanderfolgend mehrere Schichten gebildet, zum Beispiel
eine SiO2-Schicht 23, eine Nitridschicht 24, eine Polysiliziumschicht 25, eine
Oxidschicht 26, eine Nitridschicht 27 und eine mit Fremdatomen dotierte leitende
Polysiliziumschicht 28. Die Nitridschicht 27 und die Polysiliziumschicht 28 werden
dann teilweise entfernt, um ein Muster zu bilden. Außerdem werden aufeinander
folgend eine Siliziumoxidschicht 29, eine Nitridschicht 17 und eine Siliziumoxid
schicht 18 darauf gebildet. Als Folge davon wird die in Fig. 3a gezeigte Struktur
hergestellt.
Nach dem Abgrenzen von aktiven und inaktiven Bereichen unter Verwendung
einer (nicht gezeigten) gemusterten Fotolackschicht werden die mehreren Schich
ten auf der Oxidschicht 26 unter Verwendung der gemusterten Fotolackschicht als
Maske bis zu einer Oberseite der Oxidschicht 26 entfernt, um dadurch eine
Öffnung zu bilden, und danach wird auf beiden Seiten der Öffnung eine Seiten
wand 19 gebildet, wobei auf Fig. 3b Bezug genommen wird.
Wie in Fig. 3c gezeigt, werden anschließend die freiliegende Oxidschicht 26 und
die auf dem aktiven Bereich gebildete Polysiliziumschicht 25 aufeinanderfolgend
bis zu einer Oberseite der Nitridschicht 25 entfernt, und danach wird auf einer
freiliegenden Oberfläche der auf dem inaktiven Bereich gebildeten Polysilizium
schicht 25 durch Warmglühen eine Seitenwand-Oxidschicht 30 gebildet.
Außerdem werden die freiliegende Nitridschicht 25 und die SiO2-Schicht 23 auf
dem aktiven Bereich entfernt, um einen Oberflächenteil des vergrabenen Kollektor
bereichs 22 freizulegen, wie in Fig. 3d gezeigt.
In der Öffnung wird ein Einkristall-Siliziumkonvektor 31 von einem Leitfähigkeitstyp
selektiv auf dem Oberflächenteil des vergrabenen Kollektorbereichs 22 bis zu einer
Unterseite der mit Fremdatomen dotierten Polysiliziumschicht 28 aufgewachsen
wie in Fig. 3e gezeigt. Das heißt, die Höhe des Einkristall-Siliziumkollektors 31
wird durch die Dicke der zwischen der Polysiliziumschicht 28 und dem Substrat 21
gebildeten mehreren Schichten gesteuert. In den Einkristall-Siliziumkollektor 31
werden Fremdatome injiziert, wodurch der Einkristall-Siliziumkollektor 31 Leitfähig
keit erhalten kann. In dieser Ausführungsform ist dargestellt, daß die Fremdatome
gleichzeitig mit dem Aufwachsen des Einkristall-Siliziumkollektors 31 injiziert
werden. Die Fremdatome können aber auch nach Bildung des Einkristall-Silizium
kollektors 31 durch Ioneninjektion oder Ionendiffusion in den Kollektor 31 injiziert
und warmgeglüht werden, wodurch der Einkristall-Siliziumkollektor 31 Leitfähigkeit
erhalten kann.
In Fig. 3f werden die Nitridschicht 17 und die Seitenwand 19 entfernt, um eine
Seitenfläche der Polysiliziumschicht 28 als Eigenleitungs-Basisbereich freizulegen.
Als nächstes wird eine Basis 32 selektiv auf einer Oberseite des Kollektors 31 und
der freigelegten Seitenfläche der Eigenleitungs-Basis 28 aufgewachsen, wie in Fig.
3g gezeigt. Als Eigenleitungs-Basis 28 kann ein SiGe-, SiGe/Si oder Si/SiGe/Si-
Einkristall verwendet werden. Im Falle, daß als Eigenleitungs-Basis 32 SiGe
verwendet wird, wird eine Fremdatomkonzentration von 1 × 1018 cm-3 oder mehr
darin injiziert. Im Falle, daß als Eigenleitungs-Basis 32 Si/SiGe verwendet wird,
wird eine Fremdatomkonzentration von 1 × 1018 cm-3 oder mehr nur in eine
Oberseite der Eigenleitungs-Basis 32 injiziert. Der Ge-Gehalt der SiGe-Basis kann
linear gesteuert werden.
Die SiGe-Basis kann zum Beispiel auf eine solche Weise gebildet werden, daß der
Ge-Gehalt im Bereich von 30% oder weniger konstant ist, oder der Ge-Gehalt kann
zwischen der Unterseite und der Oberseite der SiGe-Basis von 30% bis 0% linear
geändert werden. Außerdem kann die SiGe-Basis auf eine solche Weise gebildet
werden, daß ihr Ge-Gehalt zwischen der Unterseite der Basis und einer vorbe
stimmten Höhe im Bereich von 30% oder weniger konstant ist und zwischen der
vorbestimmten Höhe und der Oberseite der Basis im Bereich von 30% bis 0%
linear geändert wird, oder daß ihr Ge-Gehalt zwischen ihrer Unterseite und einer
vorbestimmten Höhe im Bereich von 0% bis 30% linear zunehmend geändert wird
und zwischen der vorbestimmten Höhe und ihrer Oberseite im Bereich von 30%
bis 0% linear abnehmend geändert wird. Der Ausdruck "linear" bedeutet hier, daß
der Ge-Gehalt der Basis zunehmend oder abnehmend geändert wird.
Wie in Fig. 3h gezeigt, wird außerdem auf beiden Seiten der Basis 32 und der
Siliziumoxidschicht 29 eine Seitenwand-Oxidschicht 33 gebildet, um einen Emitter
bereich zu bilden, und danach Polysilizium mit einer Fremdatomkonzentration von
1020 cm-3 oder mehr in die Öffnung gefüllt, um einen leitenden Emitter 34 zu
bilden.
Wird ein NPN-Transistor hergestellt, so wird als Seitenwand-Oxidschicht 33 Bor
enthaltendes BSG (Borsilikatglas) verwendet. Wird andererseits ein PNP-Transistor
hergestellt, so wird als Seitenwand-Oxidschicht 33 Phosphor enthaltendes PSG
(Phosphorsilikatglas) verwendet.
Wie in Fig. 3i und 3j gezeigt, werden nach Ablagerung einer Schutzschicht 35
darauf Metallkontaktlöcher für den Kollektor, den Emitter und die Basis gebildet.
Danach wird eine Metallisierung durchgeführt, um entsprechende Elektroden 36 zu
bilden, und somit sind die Herstellungsprozesse abgeschlossen.
Dem Herstellungsverfahren der Erfindung gemäß wird ein aktiver Bereich durch
Fotolithografie abgegrenzt, und dadurch kann eine Grabentrennung, die für eine
Verringerung der Integration und der Leistungsfähigkeit der Schaltung verantwort
lich ist, in dem Verfahren weggelassen werden. Als Folge davon kann der Herstel
lungsablauf vereinfacht werden und kann die Integration verbessert werden.
Außerdem kann eine Parasitärkapazität wesentlich verkleinert werden, da zwi
schen einem Substrat und einer Verbindungselektrode gebildete Isolierschichten
durch mehrere dünne Filme gesteuert werden können, die durch die Fotolithografie
gemustert werden. Als Folge davon kann die Reproduktion von Bipolartransistoren
und ihre Produktionsausbeute in hohem Maße verbessert werden. Der durch das
Verfahren der Erfindung hergestellte Bipolartransistor ist daher bei einem Compu
tersystem mit schneller Informationsverarbeitung und niedrigem Stromverbrauch,
einem Kommunikationssystem und dergleichen anwendbar.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit folgenden Schritten:
Bilden eines vergrabenen Kollektorbereichs (22) in einem Siliziumsubstrat (21) unter Verwendung einer Implantation von Fremdatomen;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer ersten Oxidschicht (23), einer ersten Nitridschicht (24), einer ersten Polysiliziumschicht (25), einer zweiten Oxidschicht (26), einer zweiten Nitridschicht (27) und einer mit Fremdatomen dotierten zweiten Polysiliziumschicht (28) auf dem Siliziumsubstrat (21);
Entfernen der zweiten Nitridschicht (27) und der zweiten Polysiliziumschicht (28) in Bereichen oberhalb des Siliziumsubstrats (21) und des vergrabenen Kollektorbereichs;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer dritten Oxidschicht (29), einer dritten Nitridschicht (17) und einer vierten Oxidschicht (18) auf der gesamten Oberfläche;
selektives Ätzen von der vierten Oxidschicht (18) bis zu einer Oberseite der zweiten Oxidschicht (26), so dass eine Öffnung oberhalb eines ersten Oberflächenbereichs des vergrabenen Kollektors (22) gebildet wird;
sequentielles Entfernen der zweiten Oxidschicht (26), der ersten Polysiliziumschicht (25), der ersten Nitridschicht (24) und der ersten Oxidschicht (23), die durch die Öffnung freigelegt sind, um die Oberfläche des vergrabenen Kollektors (22) freizulegen, nachdem eine erste Seitenwand (19) auf der Seitenfläche der Öffnung gebildet wurde, und Entfernen der vierten Oxidschicht (18) in Bereichen außerhalb der Öffnung;
Bilden einer Kollektorschicht (31) auf der Oberfläche des vergrabenen Kollektors (22), der durch die Öffnung freigelegt wurde, wobei die Kollektorschicht (31) mit einem unteren Teil der ersten Seitenwand (19) in Kontakt ist, nachdem auf der Seitenfläche der ersten Polysiliziumschicht (25), die durch die Öffnung freigelegt wurde, eine zweite Seitenwand (30) gebildet wurde;
Entfernen der ersten Seitenwand (19) und der dritten Nitridschicht (17), um die Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht (28) und der dritten Oxidschicht (29) freizulegen;
Bilden einer Basisschicht (32) auf der Kollektorschicht (31), die in Kontakt mit der Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht (28) ist;
Bilden einer dritten Seitenwand (33) auf der Seitenfläche der dritten Oxidschicht (29) und einem Teilbereich der Basisschicht (32);
Bilden einer Emitterschicht (34) auf der Basisschicht (32);
Ablagern einer Schutzschicht (35) auf der gesamten Fläche der Emitterschicht (34) und der dritten Oxidschicht (29) und Formen von Öffnungen auf der einen Oberfläche der zweiten Polysiliziumschicht (28) auf einem zweiten Oberflächenbereich des vergrabenen Kollektors (22) und der Emitterschicht (34);
Bilden von Metallelektroden (36), die jeweils in Kontakt mit der zweiten Polysiliziumschicht (28), dem vergrabenen Kollektor (22) und der Emitterschicht (34) sind.
Bilden eines vergrabenen Kollektorbereichs (22) in einem Siliziumsubstrat (21) unter Verwendung einer Implantation von Fremdatomen;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer ersten Oxidschicht (23), einer ersten Nitridschicht (24), einer ersten Polysiliziumschicht (25), einer zweiten Oxidschicht (26), einer zweiten Nitridschicht (27) und einer mit Fremdatomen dotierten zweiten Polysiliziumschicht (28) auf dem Siliziumsubstrat (21);
Entfernen der zweiten Nitridschicht (27) und der zweiten Polysiliziumschicht (28) in Bereichen oberhalb des Siliziumsubstrats (21) und des vergrabenen Kollektorbereichs;
aufeinanderfolgendes Ablagern einer dritten Oxidschicht (29), einer dritten Nitridschicht (17) und einer vierten Oxidschicht (18) auf der gesamten Oberfläche;
selektives Ätzen von der vierten Oxidschicht (18) bis zu einer Oberseite der zweiten Oxidschicht (26), so dass eine Öffnung oberhalb eines ersten Oberflächenbereichs des vergrabenen Kollektors (22) gebildet wird;
sequentielles Entfernen der zweiten Oxidschicht (26), der ersten Polysiliziumschicht (25), der ersten Nitridschicht (24) und der ersten Oxidschicht (23), die durch die Öffnung freigelegt sind, um die Oberfläche des vergrabenen Kollektors (22) freizulegen, nachdem eine erste Seitenwand (19) auf der Seitenfläche der Öffnung gebildet wurde, und Entfernen der vierten Oxidschicht (18) in Bereichen außerhalb der Öffnung;
Bilden einer Kollektorschicht (31) auf der Oberfläche des vergrabenen Kollektors (22), der durch die Öffnung freigelegt wurde, wobei die Kollektorschicht (31) mit einem unteren Teil der ersten Seitenwand (19) in Kontakt ist, nachdem auf der Seitenfläche der ersten Polysiliziumschicht (25), die durch die Öffnung freigelegt wurde, eine zweite Seitenwand (30) gebildet wurde;
Entfernen der ersten Seitenwand (19) und der dritten Nitridschicht (17), um die Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht (28) und der dritten Oxidschicht (29) freizulegen;
Bilden einer Basisschicht (32) auf der Kollektorschicht (31), die in Kontakt mit der Seitenfläche der zweiten Polysiliziumschicht (28) ist;
Bilden einer dritten Seitenwand (33) auf der Seitenfläche der dritten Oxidschicht (29) und einem Teilbereich der Basisschicht (32);
Bilden einer Emitterschicht (34) auf der Basisschicht (32);
Ablagern einer Schutzschicht (35) auf der gesamten Fläche der Emitterschicht (34) und der dritten Oxidschicht (29) und Formen von Öffnungen auf der einen Oberfläche der zweiten Polysiliziumschicht (28) auf einem zweiten Oberflächenbereich des vergrabenen Kollektors (22) und der Emitterschicht (34);
Bilden von Metallelektroden (36), die jeweils in Kontakt mit der zweiten Polysiliziumschicht (28), dem vergrabenen Kollektor (22) und der Emitterschicht (34) sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des
Kollektors (31) durch in-situ-Dotierung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilden des
Kollektors (31) durch das Verfahren des selektiven Kristallaufwachsens
durchgeführt wird, bevor darin Fremdatome injiziert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (32) aus
einer SiGe/Si-Schicht oder einer Si/SiGe/Si-Schicht besteht, die mit
Fremdatomkonzentration von 1 × 1018 cm-3 oder mehr dotiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (32)
entweder aus einer SiGe/Si-Schicht oder aus einer Si/SiGe/Si-Schicht besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge-Gehalt der
Basis zwischen der Unterseite und der Oberseite der Basis linear geändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge-Gehalt der
Basis im Bereich von 3% oder weniger konstant ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge-Gehalt der
Basis zwischen der Unterseite und der Oberseite der Basis im Bereich von 30%
bis 0% geändert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge-Gehalt der
Basis zwischen der Unterseite und einer vorbestimmten Höhe der Basis im Bereich
von 30% oder weniger konstant ist und zwischen der vorbestimmten Höhe und der
Oberseite der Basis im Bereich von 30% bis 0% geändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ge-Gehalt der
Basis zwischen der Unterseite und einer vorbestimmten Höhe der Basis im Bereich
von 0% bis 30% linear geändert wird und zwischen der vorbestimmten Höhe und
der Oberseite der Basis im Bereich von 30% bis 0% geändert wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste
Seitenwand-Oxidschicht entweder aus Bor enthaltendem BSG oder aus Phosphor
enthaltendem PSG besteht.
Priority Applications (4)
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US08/357,244 US5484737A (en) | 1994-12-13 | 1994-12-13 | Method for fabricating bipolar transistor |
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DE4444776A DE4444776C2 (de) | 1994-12-13 | 1994-12-15 | Verfahren zur Herstellung eines Bipolartransistors mit einer selbstjustierenden vertikalen Struktur |
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